KR101978872B1 - 내층과 외층에 이종 재질이 적용된 튜브 용기 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내층과 외층에 이종 재질이 적용된 튜브용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브 내층을 mLLDPE 재질로 형성하고 외층을 mLLDPE 와 HDPE의 혼합된 재질로 형성하여 실링부분 융착시 배꺼짐 현상이 완화되도록 하는 튜브 용기 및 그의 제조 방법에 괸한 것이다. 본 발명에 따른 튜브 용기는 내층과 외층의 이종 재질로 구성되며, 실링공정에서 열풍 및 카트리지로 접합부위를 예열하고 초음파로 접합하여 열변형을 최소화 함으로 튜브 용기의 배꺼짐 현상을 방지하는 효과가 있다.

Description

내층과 외층에 이종 재질이 적용된 튜브 용기 및 그의 제조 방법{Tube type container applying different material on inner layer and outer layer}

본 발명은 내층과 외층에 이종 재질이 적용된 튜브용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브 내층을 mLLDPE 재질로 형성하고 외층을 mLLDPE 와 HDPE의 혼합된 재질로 형성하여 실링부분 융착시 배꺼짐 현상이 발생되지 않도록 하는 튜브 용기 및 그의 제조 방법이다.

일반적으로 내용물이 수납 보관되는 용기는 내용물의 점성에 따라 사용되어지는 재료가 달라진다. 즉, 점성이 낮은 스킨, 로션 등과 같은 내용물은 용기를 거꾸로 세우거나 흔드는 동작에 의해서도 쉽게 배출구를 통해 내용물을 배출 사용할수 있어 경질인 유리 또는 경질의 합성수지를 원료로 하여 제작한 용기를 사용하게 된다.

반면 점성이 높은 크림타입, 또는 젤 등과 같은 내용물은 용기를 거꾸로 세우거나 흔드는 동작에 의해서 내용물의 배출이 용이하게 이루어지지 않아 용기를 거꾸로 세운 상태에서 용기 몸체를 짜주어야만 내용물의 배출이 이루어지기 때문에 용기 몸체의 압축이 가능한 연질의 합성수지를 이용한 용기를 사용하게 되고, 상기 연질의 합성수지에 의해 제작되어진 용기를 일명 튜브 용기라고 한다.

통상 튜브 용기는 폴리에틸렌과 같은 단일 수지를 포함하는 재료로 제조된다. 그러나 단일 수지로 이루어진 튜브에 저장된 화장품, 의약품, 샴푸, 헤어젤 등의 생활용품 및 구강 위생용품과 같은 내용물은 물리적 및 화학적 특성으로 인하여 내용물이 변질되어 보존하는데 어려움이 있다.

이런 문제를 해소하기 위해 PCT WO2017/078633은 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 폴리올레핀을 포함하는 용융 블렌딩 된 수지로 이루어진 튜브 용기를 개시하고 있다. 상기 혼합 수지로 이루어진 용기는 내용물의 중량 및 향미 손실을 방지하며, 우수한 산 및 알칼리 저항으로 제품을 수용하기에 적합한 튜브 용기이다.

그러나, 상기 원료를 사용한 튜브용기는 내용물을 충전한 후 실링할때 열에 취약하여 용기의 일부분이 가라앉는 배꺼짐 현상이 발생한다.

일반적으로, 화장품에 사용되는 튜브 용기는 LDPE(low-density polyethylene)를 주 사용재질로 하여 압출공정을 거쳐 제작된다. 공정 단계에서 튜브 내에 내용물을 충전한 후 튜브 끝 부분을 일자로 접합시켜 밀봉하게 되는데 이 과정을 실링(sealing)이라 한다.

튜브용기의 실링 방식은 크게 열풍(Hot air)방식과 초음파(Ultrasonic)방식으로 나뉘며, 두 방식은 모두 튜브 재질의 융용점을 이용하여 순간적으로 융용되었을 때 두 이음면을 붙여 접합하는 방식이다.

대한민국 특허 제 1083995호는 튜브에 내용물을 충전하고 튜브의 한쪽 단부를 연속적으로 열풍을 공급함으로써 용융하여 실링하는 시스템을 개시하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 실링시스템은 실링부에 열이 가해졌을 때 고온으로 가열된 튜브 영역에 열변형이 발생할 수 있으며, 그 상태로 용융된 튜브의 단부를 압착하고 초음파로 접합한 후 냉각 시키게 되는데 이 경우 실링부의 변형으로 인해 일부분이 가라앉는 배꺼짐 현상이 발생한다.

이러한 배꺼짐 현상으로 인해 튜브의 외관과 품격이 저하되는 문제점이 있었으며, 또한 이러한 배꺼짐 현상이 있는 튜브는 잔량이 용기 안에 남아 내용물 배출이 어려운 문제점이 있다.

이로인하여 배꺼짐 현상은 소비자들이 제품을 사용하면서 외관상 변형으로 용기의 품질이 저하되어 튜브 용기의 사용이 선호되지 못하고 있는 실정이며, 또한 상기와 같은 튜브 용기는 내용물의 잔량이 용기에 남아 쓰지 못하고 버려지게 되어, 환경 오염과 재활용의 어려움으로 인한 자원 낭비의 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 열풍(Hot air)방식과 초음파 방식을 적용한 튜브용기의 실링부분 융착 공정으로 인한 튜브용기의 배꺼짐 현상을 개선하여 튜브용기 외관의 품질을 향상시키기 위한 것이다.

튜브용기의 내층과 외층에 이종의 합성수지 재질을 적용한다. 내층에는 LDPE보다 열수축성이 적고, 접착성이 우수한 mLLDPE(metallocene linear low-density polyetheylene, 이하 mLLDPE)를 100 중량% 포함하는 층으로 구성하고, 외층에는 열수축성이 적고 융용점이 높은 HDPE(high-density polyethylene)가 30 내지 70 중량%와 mLLDPE 30 내지 70 중량% 가 혼합된 층으로 구성한다.

이중 압축기의 한 가열 실린더에서 mLLDPE를 용융시키고 다른 가열 실린더에서 HDPE와 mLLDPE가 혼합된 재료를 용융시켜 한 세트의 다이스로 압출하되 내층을 mLLDPE로 압출하고 외층은 HDPE와 mLLDPE가 혼합된 재료가 압출되어 이중 튜브를 형성한다.

또한, 상기와 같이 제조된 이중튜브는 내용물 충전후 단부를 실링하되 실링공정에서 열풍 및 열카트리지로 접합부위를 예열한 뒤 초음파접합하여 실링과정에서 일어나는 열변형 현상을 최소화한다.

실링공정에서 튜브 내부를 열풍으로 가열할 때 LDPE단일 구조일 때보다 내층은 mLLDPE 재료를 사용하여 열수축성이 적고 접착성이 향상되며, 외층은 HDPE, mLLDPE 혼합재질을 사용하여 열변형이 적어 효율적으로 튜브가 융착되는 것과 동시에 열변형이 최소화되는 효과가 있다.

도 1은 튜브 용기가 성형되는 과정을 표현한 모식도.
도 2는 튜브 실링부의 내층을 열풍으로 예열하고 외부는 열카트리지로 예열하는 과정을 표현한 도면.
도 3은 튜브 용기의 측면도.

본 발명의 내층과 외층이 이종 재질로 형성된 튜브용기는 일반적인 튜브용기의 압출성형 공정으로 압출한다.

일반적인 튜브 용기는 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 고분자 수지가 압출기의 가열실린더에서 융용되어 다이스를 통해 연속적으로 생산되며, 수냉과 공냉 과정을 거친 후 절단(cutting)하여 슬리브를 구성한다. 절단된 슬리브는 인쇄 및 코팅 후 헤더 사출을 통해 튜브가 제작된다.

본 발명의 이중 튜브는 이중 압출기의 가열실린더를 두 개로 구분하여 각 소재의 융용을 진행 후, 각 가열실린더가 한 세트의 다이스로 합쳐지며, 내층부터 겹이 형성되는 방식으로 제작된다.

이 때 튜브 용기 내층에 해당되는 가열실린더에 투입되는 고분자 수지의 구성은 mLLDPE 100 중량% 이고, 외층에 해당하는 가열실린더에 투입되는 고분자 수지의 구성은 mLLDPE 30 내지 70 중량%, HDPE 30 내지 70 중량%인 것이 바람직하다.

외층의 고분자 수지 구성 중 mLLDPE가 30 중량% 미만이고, HDPE가 70 중량% 초과인 경우 사용감이 딱딱해지고 크랙이 발생하는 문제점이 있다.

반면, 외층의 고분자 수지의 구성이 mLLDPE가 70 중량 초과이고, HDPE가 30 중량% 미만인 경우 배꺼짐과 열변형의 개선 효과가 미미한 문제점이 있다.

헤더와 튜브가 결합되고 내용물이 충전된 뒤에 도 2에서 보는 바와 같이 튜브 실링부의 내층 부분을 열풍(hot-air)으로 예열하고, 외부는 열카트리지로 예열한다. 상기 열카트리지란 열을 발생시키는 발열기로서 실링부 외측에 접근시켜 열을 전달한다. 이러한 예열 과정은 실링부의 초음파 융착을 통한 접합이 효율적으로 이루어지기 위한 것이다.

예열 과정 후에 초음파 융착이 진행되고, 실링부를 냉각시켜 융용되었던 부분을 고화시켜 튜브 용기를 완성한다.

이하, 실시예와 비교예를 통해 본 발명을 설명한다.

본 발명은 실시예에 국한된 것은 아니며, 효과를 설명하기 위한 예일 뿐이다.

< 실시예 1~3, 비교예 1~4>

아래 표1의 내외층 재질 구성비로 튜브 제작 후 예열 및 초음파 접합을 이용해 실링공정을 수행하였다.

		실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
내층	mLLDPE	100	100	100	100	100	100	100
외층	mLLDPE	30	50	70	0	10	90	100
	HDPE	70	50	30	100	90	10	0

< 비교예 5>

내층과 외층의 재질구성을 LDPE 100%로 하여 튜브를 제작 후 예열 및 초음파 접합을 이용해 실링공정을 수행하였다.

< 시험예 1> 배꺼짐 양 측정

상기 실시예 1~3 및 비교예 1~5의 배꺼짐 정도를 확인하기 위해 도 3에서 보는 바와 같이 튜브용기 실링부로부터 하측 20mm지점을 기준으로 하여 배꺼짐 현상이 없는 정상적인 튜브의 외측두께(A)와 배꺼짐현상이 발생한 튜브의 외측두께(B)의 차이를 배꺼짐 양으로 하여 표2에 계산하여 나타내었다.

	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5
배꺼짐양 (mm)	0.01	0.08	0.21	1.22	1.48	2.09	2.35	5.1

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 기존의 LDPE 재질의 튜브 용기인 비교예 5에 비하여 내층에 mLLDPE, 외층에 mLLDPE, HDPE 혼합재질의 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 4의 튜브 용기의 배꺼짐양이 감소되었다. 또한, 실시예 1 내지 3은 비교예 1 내지 4보다 배꺼짐양이 현저하게 작았으며, 비교예 1과 2는 튜브 용기 외부에 크랙이 발생하였다. 이로부터 실시예 1 내지 3이 가장 양호한 것으로 밝혀졌다.

Claims (5)

1. 내층의 재질은 mLLDPE, 외층의 재질은 mLLDPE 와 HDPE의 혼합재질이되,
   상기 내층의 성분비는 mLLDPE 100 중량%, 상기 외층은 mLLDPE 30 내지 70 중량%, HDPE 30 내지 70 중량%의 혼합된 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 내층과 외층에 이종재질이 적용된 튜브용기.
   
2. 삭제
3. 이중 압출기의 한 가열 실린더에서 mLLDPE를 용융시키고 다른 가열 실린더에서 HDPE와 mLLDPE가 혼합된 재료를 용융시켜 한 세트의 다이스로 압출하되 내층을 mLLDPE로 압출하고 외층은 HDPE와 mLLDPE가 혼합된 재료로 압출하여 이중 재질로 구성되며,
   상기 내층은 mLLDPE 100 중량% 이며, 상기 외층은 HDPE(high-density polyethylene) 30 내지 70 중량%와 mLLDPE 30 내지 70 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브용기의 제조 방법.
   
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서
   상기 튜브의 실링부 내층 부분은 열풍으로 예열하고 외층 부분은 열카트리지로 예열한 후 초음파 융착시키는 것을 특징으로 하는 튜브용기의 제조 방법.
   

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