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칠드음료용 인몰드 컵 경량화에 관하여
두께는 얇게 기능은 기존과 동등하게
인몰드 컵이 주로 사용되고 있는 칠드 음료 시장은 빠른 성장을 보이고 있다. 특히 컵 커피 제품의 고급화와 제품의 다양화가 진행되면서 소비자의 니즈에 맞는 독특한 디자인이 가능하고 새로운 기능을 갖춘 인몰드 컵의 개발이 빠르게 진행되고 있다.

여기에 더해 최근에는 경량화를 위한 개발이 진행되고 있다. 더 얇게 만들면서도 기존 컵과 동등한 기능(내용물 보존성, 충전기 적성, 강도 etc)을 유지하는 것이 절대 조건이다.

이 글은 일본의 제31회 木下賞을 수상한 우수 연구 논문으로 최근의 칠드음료용 인몰드 컵 개발 경향을 살펴보고 있다. - 편집자 주 -

용기 포장은 음식의 기호성, 편의성으로 조리가 끝난 식품의 증가 및 고령자와 독신자 세대의 증가에 의한 식품 구입 단위의 소형화 등에 대응하여 다양화하여 증가하는 경향에 있다.

이처럼 용기 포장은 식품의 안전안심의 확보를 절대 조건으로써 다양한 형태·기능을 제공해 나가면서, 환경 대응의 촉진으로 용기 포장의 사용량을 삭감해야만 한다는 상반되는 상황에 위치하고 있다.

일본에서는 1997년에 용기포장리사이클법이 시행된 이래, 각사가 용기포장의 감량화(박육화, 포장재 층수의 삭감, 소재의 변경 등)를 위해 노력해오고 있다.

일본의 다이니폰인쇄주식회사에서는 다양한 환경문제에 대한 대응의 하나로써 자원 절감·에너지 절감에 배려한, 리사이클하기 쉬운 용기·포장의 설계 개발에 노력하고 있다.

지금까지도 대형 음료 제조사와 PET보틀의 경량화에 노력하는 등 용기포장리사이클법의 기본 방침에 있는 『사업자의 자주적인 노력으로써의 용기포장의 3R(리듀스, 리유스, 리사이클)의 추진』 가운데서도 특히 리듀스(경량화·박육화)에 힘을 쏟아왔다.

다음에 소개하는 칠드 음료용 인몰드 컵의 경량 타입은 3R의 리듀스와 함께 동사의 생산성 개선을 목적으로 개발한 것이다.

칠드 음료용 인몰드 컵에 관하여

인몰드 라벨 성형 기술은 유럽을 중심으로 예전부터 사출 성형 용기나 블로우 성형 용기에 대한 그림 부착 방법으로 이용되어온 기술이다.

다이니폰인쇄주식회사에서는 주로 그림 부착 공정의 합리화를 목적으로 사용되어 온 인몰드 성형 기술에 연포장에서 오랫동안 키워온 컨버팅 기술(그라비어인쇄, 래미네이트 가공, 증착 가공)을 적용하고 있다.

이를 통해 기존의 플라스틱 사출 성형 용기에서는 결코 충분하다고 할 수 없었던 ①내용물의 보호·보존성, ②점두에서의 진열 효과를 대폭 향상시키는 것을 가능하게 한 새로운 플라스틱 용기 『뷰벨 컵』(동사의 상품명)을 개발하여, 1997년경부터 칠드 음료용 컵으로 다수의 음료 제조사들이 적용해오고 있다.

경량화 타입의 개발에 관하여

인몰드 컵이 사용되고 있는 칠드 음료 시장은 대형 음료 제조사의 진입도 있어서 연율(年率) 두 자리 수로 성장하고 있다. 1997년의 개발 스타트에서부터 각 시대의 니즈에 맞춰 다양한 의장, 기능을 가진 인몰드 컵을 개발해왔다.

경량화 타입의 개발에 관해서는 기존 컵에서부터의 치환을 위해 박육(薄肉)을 해도 기존 컵과 동등한 기능(내용물 보존성, 충전기 적성, 강도 etc)을 유지하는 것이 절대 조건이었다. 또한 동사의 생산성 개선도 도모하는 것을 전제로 개발을 진행해왔다.

다양한 시작(試作), 개량을 진행해나가면서 지난해 5월에 동사에서 가장 생산 수량이 많은 Φ71-250㎖ 용량의 경량화 타입을 최초로 적용하였다. 기존 컵의 총 중량 17.8g에 비해 경량화 타입은 14.8g으로, 컵 1개당 3g(약 17% 삭감)의 수지량을 삭감하였다. 더욱이 올 6월에는 사이즈가 다른 Φ88-360㎖ 용량의 컵도 경량화 타입을 개발하여 적용하고 있다.

기술 과제와 대책에 관하여

기존의 컵보다 박육화해도 동등 이상의 강도를 유지하기 위해 재료 및 형상의 양쪽으로 대처하였다. 재료 면에서는 기존 컵은 주로 HDPE 수지(제)를 사용했지만, 박육에서의 성형성, 컵 강도에 문제가 있었기 때문에 새롭게 수지 제조사의 협력을 얻어 높은 유동(流動)으로 고강도를 가진 블록계 PP수지를 개발하였다.

또한, 성형 면에서는 강도 해석을 이용하여 낙하 시의 충격 흡수 기능을 부여하고, 컵 바닥부를 3차원의 곡면 형상으로 함과 동시에 실굽(?尻)도 길게 하였다. 그 결과, 최종적으로는 충전 후의 제품 낙하 시험에 있어서 기존 컵과 동등 이상의 강도를 확보·유지하는 것이 가능하였다.

고속 충전 적성의 부여에 관하여

기존 컵의 HDPE수지와 비교하여 일반적으로 PP수지는 미끄러짐성(滑性)이 나쁘다. 그 때문에 고속 충전 라인에서 컵을 반송할 때에 컵이 전도할 문제가 있었다. 그 대책으로써 컵 다리 선단부의 후육, 형상 및 첨가제 처방으로 미끄러짐성을 향상시켰다. 또한, 충전 라인 측의 협력을 얻어 기존 컵과 동등한 라인 적성을 가지도록 개선하였다.

하이 사이클화와 로스의 삭감

인몰드 라벨 성형의 경우, 라벨은 라벨 공급기에 미리 매엽 모양으로 떠서 쌓은 상태로 세트하고, 로봇으로 1매씩 흡착하여 금형에 자동 공급된다. 하지만 정전기 등의 영향으로 라벨끼리의 분리가 나쁘게 되면 라벨 흡착 미스가 발생하거나, 흡착 시의 분리에 시간을 필요로 한다는 문제가 있었다.

이번 경량 타입의 개발에 있어서 라벨 공급 시간의 단축과 공급 미스를 줄이기 위해 라벨 사양을 변경하였다. 구체적인 사양 변경에 관해서는 생략하지만, 이번의 사양 변경으로 라벨의 박막화도 가능하게 되고, 성형 수지량의 삭감뿐만 아니라 라벨 제조 시의 환경 부하의 경감도 도모할 수 있게 되었다.

경량화에 의한 효과에 관하여

경량화 타입으로의 변경에 의한 환경 부하 경감의 효과로써는
①수지의 사용량을 150t 삭감하였다. 삭감한 수지 150t으로 새로 경량화 컵을 제조하면 약 1,000만개를 생산할 수 있다.

②컵 제조~충전처까지의 수송을 포함한 에너지양, CO2의 배출량을 더하여 LCA 수법으로 계산한 결과, 에너지양, CO2 배출량도 약 19% 삭감되며, CO2 배출량을 304t 줄일 수 있었다.

③컵 보관 시의 스페이스 절감화나 반송 시의 적재 효율을 고려한 저 스택 타입의 컵으로 한 결과, 기존 컵으로는 600개밖에 들어가지 않는 외부포장 골판지 상자에 경량화 타입으로는 720개가 들어갈 수 있어서 14,000장의 골판지 상자를 삭감하였다.

생산성 개선으로써는 수지의 박육화로 성형 사이클을 10% 단축과 더불어 라벨 사양 변경의 효과로 라벨 공급 미스에 의한 불량 발생을 2% 삭감하였다.

환경 대응은 한정된 지구 자원 안에서 지속적으로 경제사회를 발전시키고, 순환형 사회를 형성해가기 위해 환경 법규의 준수는 물론, 모든 사업 활동에 있어서 환경과의 관계를 인식하여 환경 부하를 저감해가야만 한다. 이번에 개발한 경량화 타입에 결코 만족하지 않고, 더욱 경량화를 실현해나가 개량·개발을 지속해야만 한다.

(자료 : 포장기술-일본포장기술협회 발간, 월간포장 2007년 12월호 게재)


[2008-03-19]
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