KR101182190B1 - 친환경적인 수성 아크릴 에멀젼을 이용하여 제조된 이형지 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수성 아크릴에멀젼 코팅제로 개선함으로서 기존 LDPE의 물성을 그대로 보전함과 동시에 폐기되는 이형지를 친환경적으로 리펄핑(repulping)하여 다시 종이원료로 재생할 수 있는 수성 아크릴 에멀젼을 이용한 이형지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 점착면을 보호하며 사용할 때 벗겨지는 박리용 기지(基紙)류; 상기 기지류의 상부에 도포되며, 내용제성 및 내수성을 가지며 코팅성이 우수한 수성 아크릴에멀젼 코팅층; 및 상기 수성 아크릴 에멀젼 코팅층의 상부에 도포되며 점착층으로부터 쉽게 박리되도록 하는 실리콘층을 포함하는 수성 아크릴 에멀젼을 이용한 이형지를 제공한다.

Description

친환경적인 수성 아크릴 에멀젼을 이용하여 제조된 이형지 및 그의 제조방법{Releasing paper manufactured by using environmentally friendly water based acrylic emulsion and manufacturing method the same}

본 발명은 점착테이프, 감압접착지, 라벨, 스티커 등의 점착면에 접촉시켜 면을 보호하는 이형지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내열성과 내수성 및 내용제성이 있으며, 적은 함량으로도 코팅효과를 구현할 수 있는 수성 아크릴 에멀젼을 중간코팅재로 구성하여 폐기되는 이형지를 펄프로 재사용이 가능하도록 제조된 이형지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이형지는 점착면에 접촉되어 면을 보호하고, 사용할 때에는 벗겨내어 목적을 달성할 수 있도록 표면가공되어 있는 것으로 정의되며, 이러한 이형지는 라벨, 스티커류, 인테리어용 점착필름(일명, PVC시트라 함) 및 각종 산업용 캐스팅용(합성피혁제조등) 등으로 광범위하게 사용되고 있다.

종래의 이형지는 크라프트지 또는 펄프함량이 많은 박리지를 최하부면으로 하되, 그 위에 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene)층과 실리콘층이 순차적으로 적층된 구성으로 되어 있다.

상기 이형지의 구성중에서 중간코팅층으로 사용되고 있는 물질인 LDPE는 석유화학레진이고 물에 용해되지 않기 때문에, 리사이클이 어렵고 사용후 폐기되어 소각 및 매립되고 있다. 특히, 이형지의 매립은 LDPE의 분해시간이 약 50년이상 소요되는 것에 기인하여 환경문제 발생요인중의 하나로 지적되고 있다.

한편, 종래에는 리사이클이 가능한 방습지(공개번호 특2001-0029768/출원명:방습지)가 제안된 바 있다. 이는 합성고무계 라텍스와 아크릴계 에멀젼을 함유하는 수지조성물을 기지(基紙)상에 도포하여 방습층을 형성함으로써 방습지의 기본성능을 유지하고, 종이는 재생이 가능하도록 한 것이다.

상기한 구조는 합성고무계 라텍스와 아크릴계 에멀젼이 함유된 수지 조성물이 혼합물로 이루어져 있어 공정이 복잡하며, 코팅층 위에 실리콘처리가 되지 않은 방습지 상태로서 이형지와는 다른 유형의 제품이다.

이 밖에, 아크릴에멀젼을 이용한 방습지(공개번호 특2002-0012815/출원명:종이용 방습피막재의 제조방법및 그 피막재를 이용한 방습지) 기술이 제안되어 있으나, 이는 1차, 2차에 걸친 합성단계로 나뉘어져 있어 제조가 복잡한 단점이 있다. 즉, 1차로 합성수지를 합성한 다음, 1차로 합성된 합성수지와 또 다른 모노머를 반응시켜 2차 합성을 완성하며 2차합성제품에 왁스에멀젼을 혼합하여 피막제를 만들고 종이에 코팅하는 것으로 공정이 복잡한 문제점이 있다.

한편, 유성아크릴접착제를 석유계용제인 메탄올에 희석하여 종이에 코팅한 종이코팅공정과 그위에 실리콘액을 도포후 건조한 유사한 이형지(공개번호 10-2005-011949/출원명: 생리대용 실리콘 이형지 제조방법 및 실리콘이형지)가 제시되어 있으나, 이는 유성아크릴을 이용하고 있기 때문에 리펄핑(repulping)이 어려우며, 솔벤트인 메탄올을 사용하고 있기 때문에 진정한 친환경적 수성제품이라 하기가 어렵다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 이형지를 이루는 중간코팅층을 LDPE 대신에 내열성과 내수성 및 내용제성이 있으며, 적은 함량으로도 코팅효과를 구현할 수 있는 수성 아크릴에멀젼 코팅제로 개선함으로서 기존 LDPE의 물성을 그대로 보전함과 동시에 폐기되는 이형지를 친환경적으로 리펄핑(repulping)하여 다시 종이원료로 재생할 수 있는 수성 아크릴 에멀젼을 이용한 이형지 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 점착면을 보호하며 사용할 때 벗겨지는 박리용 기지(基紙)류; 상기 기지류의 상부에 도포되며, 내용제성 및 내수성을 가지며 코팅성이 우수한 수성 아크릴에멀젼 코팅층; 및 상기 수성 아크릴 에멀젼 코팅층의 상부에 도포되며 점착층으로부터 쉽게 박리되도록 하는 실리콘층을 포함하는 수성 아크릴 에멀젼을 이용한 이형지를 제공한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 수성 아크릴 에멀젼 코팅층은 유리전이온도 -10℃ ~ 30℃를 가지며, 점도 100 ~ 200cps, 고형분45%으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 수성 아크릴에멀젼 코팅층은 유리전이온도가 낮은 접착성부여 단량체 55 ~70중량%에 유리전이온도가 높은 강도 부여 단량체 20 ~ 40중량%, 가교성 아크릴단량체 5~ 10중량%로 이루어지는 단량체혼합물을 제조하고, 상기 단량체혼합물 100중량부에 대하여 라디칼 중합반응개시제 0.5 ~ 1중량부 및 반응성 유화제 1 ~ 3중량부를 혼합한 후, 80℃ ~ 85℃의 온도로 유지되는 이온교환수에 3 ～ 5시간동안 적하하여 중합제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상하로 접촉하며 그라비아 롤러로 이루어진 제1 롤러기구를 수성 아크릴에멀젼 코팅액 용기에 일부 함침시켜 회전하는 제1 단계; 상기 제1 롤러기구의 상부롤러에 기지류를 접촉한 상태로 이송하여 상기 기지류에 수성 아크릴에멀젼 코팅액을 그라비아코팅하는 제2 단계; 수성 아크릴에멀젼 코팅액이 도포된 기지류를 공정라인 상에 구비된 약 90℃ ~ 150℃의 제1 드라이어에 통과시켜 1차 아크릴 에멀젼 코팅층을 완성하는 제3 단계; 상하로 접촉하는 한쌍의 그라비아롤러 또는 일반 원형롤러중 어느 하나로 이루어진 구조의 제2 롤러기구를 실리콘액 용기에 일부 함침시키고, 상기 1차 수성 아크릴 에멀젼 코팅층이 형성된 기지류를 회전하는 제2 롤러기구의 상부롤러에 접촉하여 1차 수성 아크릴 에멀젼 코팅층면에 실리콘층을 도포하는 제4 단계; 및 상기 제3 단계의 1차 아크릴에멀젼 코팅공정과 동일한 온도의 제2 드라이어에 기지류를 통과시켜 실리콘 이형지를 완성하는 제5 단계를 특징으로 하는 수성 아크릴 에멀젼을 이용한 이형지의 제조방법을 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명의 특징에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 이형지를 이루는 중간코팅층을 기존의 합성수지계인 LDPE 코팅층 대신에 친환경적이면서 내용제성 및 내수성이 있고, 얇은 코팅두께로 코팅효과를 낼 수 있는 특성을 가지는 수성 아크릴 에멀젼 코팅층으로 구성한다. 상기 수성 아크릴에멀젼이 코팅된 기지류는 물속에 담구었을 때 빠르게 용해됨으로써 이형지를 리펄핑하여 종이원료로 재사용이 가능하다.

둘째, 기존의 LDPE를 사용하는 박리지의 경우 천연펄프량을 많이 사용하는 반면에, 본 발명에서의 박리지는 기존 대비 약 20%만큼 펄프량이 적으며 가격도 저렴한 백상지를 기재류로 사용하기 때문에 친환경적이면서 경제적이다.

셋째, 본 발명의 이형지 제조시 반응성유화제를 사용하여 내수성을 보강한 수성제품의 아크릴에멀젼 코팅제를 사용함으로써 공장에서의 화재위험이 적으며, 본 발명의 이형지를 이용한 제품제조시, 예를들어 PVC쉬트지를 제조시 정전기 발생이 적어 화재의 위험성을 줄일 수 있다.

넷째, 중간코팅층인 수성 아크릴에멀젼층의 코팅두께가 기존 LDPE에 비해 1/3 ~ 1/2정도로 얇게 할 수 있으므로, 이형지제조 또는 이형지를 이용한 제품 제조시 롤의 두께가 얇아져 취급이 용이하며, 운송비 절감효과가 있다.

다섯째, 백상지에 코팅되는 수성 아크릴에멀젼 코팅액의 경제적인 도포량을 통하여 이형지 제조단가를 낮춤으로써 사용고객들의 경제적인 이익에 기여할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 이형지 제조장치의 구성을 나타낸 개략적인 공정도이다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 수성 아크릴 에멀젼을 이용하여 제조된 이형지 및 그의 제조방법은 이형지를 구성하는 중간코팅층을 수성 아크릴에멀젼으로 개선하여 기존의 LDPE의 물성을 보존하면서 폐기되는 이형지를 재생하여 종이원료로 재사용이 가능하도록 구현한 것이다.

본 발명에 따른 이형지는 점착면을 보호하며 사용할 때 벗겨지는 박리용 기지(基紙)류와; 상기 기지류의 상부에 도포되며, 내용제성 및 내수성을 가지는 수성 아크릴에멀젼 코팅층; 및 상기 수성 아크릴에멀젼 코팅층의 상부에 적층되며 점착층으로부터 쉽게 박리되도록 하는 실리콘층을 포함한다.

상기한 구성을 포함하는 본 발명에서, 실리콘 이형지를 만들기 위해서는 2차공정인 실리콘코팅층의 표면균열이나 변형현상을 방지하기 위한 전처리공정인 종이상단의 중간코팅공정이 필수적이다.

이형지의 중간코팅층으로 도포되는 수성 아크릴 에멀젼 코팅층은 종래의 합성수지계인 LDPE 코팅층을 대신하는 것으로서 액상으로 제조되며, 친환경적이면서 내용제성 및 내수성이 있고, 얇은 코팅두께로 코팅효과를 구현할 수 있는 특성을 가진다.

따라서, 본 발명의 수성 아크릴 에멀젼 코팅층을 기지류와 실리콘층 중간에 도포함으로써 제지사에서 이형지용으로 사용되는 펄프함량이 많은 박리지를 배제하고 펄프함량이 적은 일반 백상지를 사용하여 이형지를 제조할 수 있게 된다.

본 발명의 실리콘 이형지에서 1차 코팅층으로 도포되는 수성 아크릴에멀젼 코팅액의 제조과정을 설명한다.

상기 수성 아크릴에멀젼 코팅액은 유화중합시 반응성유화제를 사용하고 가교아크릴단량체로 중합공정을 완성하여 내수성, 내용제성, 코팅성이 우수한 특성을 가지도록 제조되는 것이다.

상기 수성 아크릴에멀젼 코팅액의 제조과정에서는 유리전이온도가 -10℃ ~ 30℃되도록 하는 것이 중요하며, 유리전이온도가 낮은 아크릴단량체, 유리전이온가 높은 아크릴단량체, 가교성 아크릴단량체의 적절한 선택 및 배합이 중요하다.

상기 수성 아크릴에멀젼 코팅액의 제조는 상기한 단량체들을 유화중합(계면활성제 존재하에 반응)하여 이루어지는데, 본 발명의 실시예에서는 코팅액 자체에 우수한 내수성을 부과하는 특성을 가진 반응성유화제를 사용하였다.

상기 반응성 유화제는 자체의 분자구조중에 불포화 결합을 갖고 있으며, 중합체의 연속상인 물에 용해되는 표면활성 모노머이다. 일반 에멀젼중합에 있어서는 보통 단량체총량의 1 내지 6중량%에 해당하는 비이온성 또는 음이온성유화제를 사용하나, 이러한 범용유화제는 기포발생, 코팅면의 밀착성과 내수성을 손상시키므로 이를 극복하기 위한 대안으로 최근에는 반응성유화제를 사용하는 방법이 널리 알려져 있다.

상기 반응성유화제로는 소듐 비닐 설포네이트(sodium vinyl sulfonate), 소듐 파라 스티렌 설포네이트(sodium p-styrene sulfonate), 암모늄 폴리옥시에틸렌 알킬 설페이트(ammonium polyoxyethylene alkyl sulfate), 하기의 [구조식1]을 갖는 제품중 하나를 선택하여 사용한다.

[구조식 1]

구체적으로, 상기 수성 아크릴 에멀젼 코팅액은 유리전이온도가 낮은 접착성부여 단량체 55 ~70중량%에 유리전이온도가 높은 강도 부여 단량체 20 ~ 40중량%, 가교성 아크릴단량체 5~ 10중량%로 이루어지는 단량체혼합물과, 상기 단량체혼합물 총 중량부에 대하여 0.5 ~ 1중량부의 라디칼 중합반응개시제 및 1 ~ 3중량부의 반응성 유화제를 혼합하고, 이를 80℃ ~ 85℃의 온도로 유지되는 이온교환수에 3 ～ 5시간동안 적하한 후, 2 ~ 3시간 동안 추가교반작업을 통하여 합성을 완성한다.

상기한 조성으로 제조되는 수성 아크릴에멀젼 코팅액은 유리전이온도 -10℃ ~ 30℃를 가지며, 점도 100 ~ 200cps, 고형분45%으로 이루어진다. 상기에서 얻어진 수성 아크릴에멀젼 코팅액 조성물에 코팅성을 좋게 하기 위하여 증점제를 사용하여 점도조정이 가능하다.

본 발명의 수성 아크릴에멀젼 코팅액 조성물에서, 유리전이온도가 낮은 접착성 부여 단량체로는 부틸 크릴레이트(n-Butylacrylate ), 2-에틸핵실아크릴레이트(2-Ethylhexylacrylate), 라우릴메타아크릴레이트(Laurylmethacrylate), 에틸아크릴레이트(Ethylacrylate )로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 1종 이상이 사용된다.

유리전이온도가 높은 강도 부여 단량체로는 메틸메타아크릴레이트(Methylmethacrylate ), 에틸메타아크릴레이트(Ethylmethacrylate), 스티렌(Styrene), 터셔리 부틸 메타아크릴레이트(t-Butylmethacrylate)으로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 1종 이상이 사용된다.

가교성 아크릴 단량체로는 메타크릴산(Methacrylic acid), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-Hydroxyethyl methacrylate), 이타콘산(Itaconic acid ), 아크릴아마이드(Acrylamide)로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 1종 이상이 사용된다.

본 발명의 실리콘 이형지는 단면이형지의 경우, 기재(백상지)/아크릴코팅층/실리콘층으로 구성되며, 양면이형지의 경우 기재의 양면에 단면과 같은 코팅작업을 수행함으로써 실리콘층/아크릴코팅층/기재/아크릴코팅층/실리콘층의 구조를 갖는다.

상기 실리콘 이형지의 주요부인 수성 아크릴 에멀젼 코팅액은 내용제성 및 내수성 외에도 우수한 내열성, 방습성을 나타낸다.

따라서, 본 발명의 실리콘 이형지는 합성피혁 또는 기타 필름캐스팅용으로 사용될 경우, 상기 수성 아크릴 에멀젼 코팅층이 가지고 있는 내열, 내용제 특성을 활용하여 내열성 이형지로 사용될 수 있다.

또한, 종이제품 포장지인 방습용 포장재로 사용할 경우에도, 상기 수성 아크릴 에멀젼 코팅층이 가지고 있는 방습성을 활용하여 수분에 민감한 인쇄용 평판종이제품등의 최종 포장재로 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 실리콘 이형지의 제조과정을 도1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도면에 도시한 바와 같이, 상하로 접촉하며 그라비아 롤러로 이루어진 제1 롤러기구(2)가 수용성 아크릴에멀젼 코팅액 용기(4)에 일부 함침된 채로 회전하고, 상기 제1 롤러기구(2)의 상부롤러(2a)에 기지류(백상지)(6)를 접촉한 상태로 이송하여 상기 기지류(6)에 수성 아크릴에멀젼 코팅액을 그라비아 코팅한다. 그리고, 수성 아크릴에멀젼 코팅액이 도포된 기지류(6)를 공정라인 상에 구비된 약 90℃ ~ 150℃의 제1 드라이어(dryer)(8)에 10 ~ 20초간 통과시켜 코팅두께가 5 ~ 15u가 되는 1차 아크릴 에멀젼 코팅층을 완성한다.

다음, 상하로 접촉하는 한쌍의 그라비아 롤러나 일반 원형롤러로 이루어진 구조의 제2 롤러기구(10)를 실리콘액 용기(12)에 일부 함침시키고, 상기 1차 수성 아크릴 에멀젼 코팅층이 형성된 기지류(2)를 회전하는 제2 롤러기구(10)의 상부롤러(10a)에 접촉하여 1차 수성 아크릴 에멀젼 코팅층면에 실리콘층을 도포한다. 그리고, 1차 수성 아크릴에멀젼 코팅공정과 동일한 온도의 제2 드라이어(14)에 통과시켜 실리콘 이형지를 완성한 후, 권취기(winding)(16)에서 감아 제품화한다. 상기 2차 실리콘 코팅공정에서 실리콘용액의 제조는 유효성분의 함량이 30중량%인 실리콘 폴리머100중량부에 유기용제 톨루엔을 300 ~ 700중량부를 희석하고, 경화제 1중량부를 첨가하여 제조한다.

상기한 공정으로 이루어진 실리콘 이형지의 제조과정에서, 공정단축과 연속작업을 위하여 고형분100%의 실리콘폴리머를 사용하고 경화제 4 ~5중량%를 혼합한 실리콘용액을 사용할 수도 있음은 주지의 사실이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

2: 제1 롤러기구 4: 아크릴에멀젼 코팅액 용기
6: 기지류 8: 제1 드라이어
10: 제2 롤러기구 12: 실리콘액 용기
14: 제2 드라이어 16: 권취기

Claims (5)

1. 점착면을 보호하며, 사용할 때 벗겨지는 박리용 기지(基紙)류;
   상기 기지류의 상부에 도포되며, 내용제성 및 내수성을 가지며 코팅성이 우수한 수성 아크릴에멀젼 코팅층; 및
   상기 수성 아크릴 에멀젼 코팅층의 상부에 도포되며 점착층으로부터 쉽게 박리되도록 하는 실리콘층
   을 포함하는 수성 아크릴 에멀젼을 이용하여 제조된 이형지.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수성 아크릴에멀젼 코팅층은 유리전이온도 -10℃ ~ 30℃를 가지며, 점도 100 ~ 200cps, 고형분45%으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수성 아크릴 에멀젼을 이용하여 제조된 이형지.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 수성 아크릴에멀젼 코팅층은 접착성부여 단량체 55 ~70중량%에 강도 부여 단량체 20 ~ 40중량%, 가교성 아크릴단량체 5~ 10중량%을 혼합한 단량체혼합물을 제조하고, 상기 단량체혼합물 100중량부에 대하여 라디칼 중합반응개시제 0.5 ~ 1중량부 및 반응성 유화제 1 ~ 3중량부를 혼합한 후, 80℃ ~ 85℃의 온도로 유지되는 이온교환수에 3 ～ 5시간동안 적하하여 제조된 것을 특징으로 하는 수성 아크릴 에멀젼을 이용하여 제조된 이형지.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 접착성 부여 단량체는 부틸 크릴레이트(n-Butylacrylate ), 2-에틸핵실아크릴레이트(2-Ethylhexylacrylate), 라우릴메타아크릴레이트(Laurylmethacrylate), 에틸아크릴레이트(Ethylacrylate )로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 1종 이상이 사용되고;
   상기 강도 부여 단량체는 메틸메타아크릴레이트(Methylmethacrylate ), 에틸메타아크릴레이트(Ethylmethacrylate), 스티렌(Styrene), 터셔리 부틸 메타아크릴레이트(t-Butylmethacrylate)으로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 1종이상이 사용되며;
   상기 가교성 아크릴 단량체는 메타크릴산(Methacrylic acid), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-Hydroxyethyl methacrylate), 이타콘산( Itaconic acid ), 아크릴아마이드(Acrylamide)으로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 1종이상이 사용되는 것을 특징으로 하는 수성 아크릴 에멀젼을 이용하여 제조된 이형지.
   
5. 상하로 접촉하며 그라비아 롤러로 이루어진 제1 롤러기구를 수성 아크릴에멀젼 코팅액 용기에 일부 함침시켜 회전하는 제1 단계;
   상기 제1 롤러기구의 상부롤러에 기지류를 접촉한 상태로 이송하여 상기 기지류에 수성 아크릴에멀젼 코팅액을 그라비아 코팅하는 제2 단계;
   수성 아크릴에멀젼 코팅액이 도포된 기지류를 공정라인 상에 구비된 90℃ ~ 150℃의 제1 드라이어에 통과시켜 1차 수성 아크릴 에멀젼 코팅층을 완성하는 제3 단계;
   상하로 접촉하는 한쌍의 그라비아롤러 또는 일반 원형롤러중 어느 하나로 이루어진 구조의 제2 롤러기구를 실리콘액 용기에 일부 함침시키고, 상기 1차 수성 아크릴 에멀젼 코팅층이 형성된 기지류를 회전하는 제2 롤러기구의 상부롤러에 접촉하여 1차 수성 아크릴 에멀젼 코팅층면에 실리콘층을 도포하는 제4 단계; 및
   상기 제3 단계의 1차 수성 아크릴 에멀젼 코팅공정과 동일한 온도의 제2 드라이어에 기지류를 통과시켜 실리콘 이형지를 완성하는 제5 단계
   를 특징으로 하는 수성 아크릴 에멀젼을 이용하여 제조된 이형지의 제조방법.

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