Core-shell SiO_x (silicate core)/PS (shell) nanoparticles were blended with polyethylene terephthalate (PET) resin and fabricated into nanocomposites via melt compounding, followed by bottle manufacturing for cosmetic packaging applications. The effects of nanoparticle loading on mechanical and thermal properties were investigated. A loading of 0.5-4.0 wt% resulted in the highest tensile strength (69.72 ± 4.93 MPa), Young’s modulus (887.58 ± 19.50 MPa), Izod impact strength (34.7 J/m) and a 13.9% increase in crystallinity. Frequency sweep tests revealed an increase in complex viscosity and slower stress relaxation due to restricted chain mobility. The storage modulus (G') slope decreased from G' ~ω^0.79 (pristine PET) to G'~ω^0.67 (0.5-4.0 wt%), indicating a transition of the polymer matrix toward more elastic, solid-like behavior. At 0.5-4.0 wt%, a 98.1% reduction in O₂ transmission rate (OTR) and a 97.7% decrease in permeability were observed, confirming the enhanced multifunctional performance of PET bottles.

실리케이트(SiO_x) 코어와 폴리스티렌(PS) 쉘로 구성된 코어쉘 구조의 SiO_x/PS 나노 입자를 페트(PET)수지와 혼합하고 용융 혼련 공정을 통해 기능성 마스터배치 형태의 나노 복합체로 제조한 후 이를 각기 다른 비율별로 혼합하여 화장품 포장용기로 적용하기위한 투명한 페트병을 제작하였다. 나노 입자의 첨가가 페트병의 기계적, 열적 특성에 미치는 영향을 측정한 결과, 0.5-4.0 wt%의 비율에서 인장강도(69.72 ± 4.93 MPa), 영률(887.58 ± 19.50 MPa), 아이조드 충격강도(34.7 J/m)가 최대로 증가하였고 결정화도는 13.9% 증가하였다. 점탄성 특성 테스트 결과 고분자 사슬의 운동성의 제한효과에 기인한 복합 점도의 증가와 응력이완 속도의 감소가 확인되었다. 저장 탄성율(G')의 기울기는 G'~ω^0.79(pristine PET)에서 G'~ω^0.67(0.5-4.0 wt%)로 감소되었으며 이는 고분자의 특성이 탄성적 특성이 강한 고체적 성질로 전이한 것을 의미한다. 0.5-4.0 wt%의 비율로 제작된 페트병에서 산소 투과도가 98.1% 감소하였으며 산소 투과율은 97.7% 감소함을 확인하였고 이는 페트병의 기계적, 열적, 유변학적 기능의 향상을 의미한다.

Keywords: silicate-polystyrene nanocomposites, poly(ethylene terephthalate) bottles, rheology, oxygen transmission, mechanical properties.