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KR20190076451A - 산화생분해성 필름용 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름 - Google Patents

산화생분해성 필름용 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름 Download PDF

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KR20190076451A
KR20190076451A KR1020170178258A KR20170178258A KR20190076451A KR 20190076451 A KR20190076451 A KR 20190076451A KR 1020170178258 A KR1020170178258 A KR 1020170178258A KR 20170178258 A KR20170178258 A KR 20170178258A KR 20190076451 A KR20190076451 A KR 20190076451A
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KR
South Korea
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resin
biodegradable film
oxo
film
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Application number
KR1020170178258A
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Inventor
심준호
임기섭
금보연
박건상
Original Assignee
사단법인 한국식품안전협회
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Publication date
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Abstract

통기성이 향상되어 생분해 성능을 향상시킬 수 있는, 산화생분해성 필름용 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름이 개시된다. 상기 산화생분해성 필름용 수지 조성물은, 폴리알킬렌 수지; 엘라스토머 수지; 무기 충전제; 및 산화생분해 촉진제, 폴리올레핀, 상용화제 및 분산제를 포함하는 산화생분해 마스터배치;를 포함한다.

Description

산화생분해성 필름용 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름{Polymer composition for oxo-biodegradable film, method for manufacturing the same and breathable oxo-biodegradable film manufactured thereby}
본 발명은 산화생분해성 필름용 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 통기성이 향상되어 생분해 성능을 향상시킬 수 있는, 산화생분해성 필름용 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름에 관한 것이다.
일반적으로, 폴리올레핀계 통기성 필름은 유아 및 아동의 기저귀 및 일회용 생리대 등 개인위생 용품의 소재로 사용되거나, 과일 포장용 봉투 및 통기성을 필요로 하는 건축용 소재 등 다양한 분야에서 통기와 투습을 목적으로 하여 사용되고 있는 기능성 필름이다. 하지만, 폴리올레핀계 통기성 필름은, 사용 후 폐기 시 자연계에서 분해되지 않거나, 분해하는데 오랜 시간이 소요되어 환경오염을 유발하는 문제를 가지고 있다.
이를 해결하기 위하여, 폐기 시 분해가 가능한 고분자를 이용하는 다양한 방안이 제안되었으며, 그 중 하나가 미생물에 의해 분해 가능한 생분해성 고분자를 활용한 필름이다. 생분해성 고분자를 사용하는 경우, 수지 자체가 가지는 특성에 의해 사용 중에는 일반 폴리올레핀계 필름과 동일한 물성을 가지나, 폐기 후 매립 시에는 미생물에 의해 분해되어 환경오염을 유발시키지 않는 장점을 가지고 있다.
하지만, 이러한 생분해성 고분자 수지를 석유계 수지에 첨가하는 경우, 수지의 상용성이 저하되어 필름 성형이 어렵고, 성형된 필름의 인쇄성이 저하되며, 분해성 효과를 높이기 위하여 생분해성 수지의 첨가량을 높임에 따라 경제적이지 못하고, 석유계 수지가 가지는 물성과 가공성이 급격히 저하되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여, 대한민국 특허등록 제10-1365615호에서는, 생분해성 수지를 사용하지 않는 대신, 올레핀계 수지 및 산화생분해 촉진제를 적용함으로써, 분해가 가능하면서도 초기 기계적 강도가 우수한 산화생분해성 필름을 통하여 상기 문제점을 해결한 바 있다. 하지만, 이 경우, 기계적 강도가 우수하다는 장점은 있으나, 생분해능이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 기계적 강도가 우수하면서도, 생분해능을 향상시키기 위한 방안이 필요한 실정이다.
대한민국 특허등록 제10-1365615호
따라서, 본 발명의 목적은, 기계적 강도는 유지하면서도, 통기성이 향상되어 생분해 성능을 향상시킬 수 있는, 산화생분해성 필름용 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 폴리알킬렌 수지; 엘라스토머 수지; 무기 충전제; 및 산화생분해 촉진제, 폴리올레핀, 상용화제 및 분산제를 포함하는 산화생분해 마스터배치;를 포함하는 산화생분해성 필름용 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, a) 산화생분해 촉진제, 폴리올레핀, 상용화제 및 분산제를 혼합하여 산화생분해 마스터배치를 제조하는 단계; 및 b) 상기 제조된 산화생분해 마스터배치에 폴리알킬렌 수지, 엘라스토머 수지 및 무기 충전제를 첨가하는 단계;를 포함하는 산화생분해성 필름용 수지 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 산화생분해성 필름용 수지 조성물을 연신 또는 무연신의 캐스트 또는 인플레이션 필름으로 성형하여 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 산화생분해성 필름용 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름은, 석유계 수지가 가지는 물성을 유지함으로써, 필름 성형이 용이하고, 성형된 필름의 인쇄성이 양호하다는 점에서 수지의 상용성이 확보될 뿐만 아니라, 통기성을 효과적으로 조절하여 생분해 성능을 더욱 향상시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통기성의 산화생분해성 필름과 비교예에 따른 통상의 산화생분해성 필름을 이용하여 식품의 신선도를 비교한 이미지이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 산화생분해성 필름용 수지 조성물은, 폴리알킬렌 수지, 엘라스토머 수지, 무기 충전제 그리고 산화생분해 촉진제, 폴리올레핀, 상용화제 및 분산제를 포함하는 산화생분해 마스터배치를 포함한다.
상기 폴리알킬렌 수지는 인장강도, 강성 및 표면경도 등의 기계적 특성이 우수하고, 광택 및 투명성 등의 광학 특성을 가지고 있어, 각종 산업재료로 응용되고 있으며, 포장재료로서도 많이 사용되고 있다. 또한, 연신 또는 무연신의 캐스트 필름 또는 인플레이션 필름으로의 성형이 가능하며, 용융지수(MI)가 1~10 g/10 분이다. 상기 폴리알킬렌 수지는 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 및 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 이 중 폴리프로필렌 수지의 사용이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 폴리에틸렌 수지는 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 고용융 강도 고밀도 폴리에틸렌(HMS-HDPE) 및 초고밀도 폴리에틸렌(UHDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 폴리프로필렌 수지는 호모 폴리프로필렌, 랜덤 폴리프로필렌 공중합체 및 블록 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 내충격성 및 투명성이 우수한 랜덤 폴리프로필렌 공중합체를 사용할 수 있다. 이와 같은 랜덤 폴리프로필렌 공중합체는, 호모 폴리프로필렌 수지보다 입체 규칙성이 떨어져 비정형 부분이 증대됨으로써 광 산란을 일으키는 결정의 양이 적어지므로 투명성, 내충격성, 유연성이 개선되고 분해가 빨라질 수 있으며, 필름으로의 성형 시 투명성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 상기 폴리프로필렌 수지는 기체 차단 성능이 좋지 않아 산화 분해를 일으키는 산소의 투과가 용이하므로, 산화생분해 촉진제에 의한 분해가 빨라질 수 있다는 장점도 가지고 있다.
상기 엘라스토머(elastomer) 수지는, 포장재료로서 요구되는 저온 충격강도와 열 봉합성을 향상시키고, 조성물 내 다른 성분과의 혼련성을 좋게 하기 위하여 사용된다. 그밖에, 상기 엘라스토머 수지는 내크립성, 내충격성, 인장강도, 점착성 및 유연성이 우수하며, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 비교하여 결정화도가 낮고 비결정부에서 분자쇄 간 거리가 멀어, 다른 폴리올레핀과의 상용성이 우수한 특징이 있다. 상기 엘라스토머 수지는 폴리부텐(Polybutene), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer), 에틸렌프로필렌 고무(EPDM) 및 스티렌-비닐 고무(Stylene-Vinyl Rubber)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 엘라스토머 수지로서 폴리부텐(Polybutene)을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 엘라스토머 수지의 첨가량은, 상기 폴리알킬렌 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로서, 상기 엘라스토머 수지의 첨가량이 상기 폴리알킬렌 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만이면 저온 충격강도와 열 봉합성의 향상이 어려울 수 있고, 10 중량부를 초과하면 저온 충격강도와 열 봉합성의 향상 정도가 미미하며 경제성이 저하될 수 있다.
상기 무기 충전제는 필름의 통기성을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로서, 탄산칼슘(Calcium Carbonate, CaCO3,
Figure pat00001
), 제올라이트(Zeolite), 탈크(Talc), 실리카(Silica), 고령토(Kaolin) 및 황산바륨(Barium Sulfate, BaSO4)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 대표적으로 예시할 수 있으나, 이들과 유사한 성질을 가지는 물질 모두 적용될 수 있다. 상기 무기 충전제는 조성물 내에 균일하게 분포되는 것이 바람직하며, 평균 입경은 1.0 내지 5.0 ㎛일 수 있다. 상기 무기 충전제의 첨가량은, 상기 폴리알킬렌 수지 100 중량부에 대하여 30 내지 50 중량부로서, 상기 무기 충전제의 첨가량이 상기 폴리알킬렌 수지 100 중량부에 대하여 30 중량부 미만이면 통기성의 향상 정도가 적을 수 있고, 50 중량부를 초과하는 경우에는 필름의 기계적 물성이 약해질 수 있다.
계속해서, 본 발명의 산화생분해성 필름용 수지 조성물에 포함되는 산화생분해 촉진제, 폴리올레핀, 상용화제 및 분산제, 즉, 산화생분해 마스터배치에 대하여 설명한다. 상기 산화생분해 마스터배치의 첨가량은 상기 폴리알킬렌 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로서, 상기 산화생분해 마스터배치의 첨가량이 상기 폴리알킬렌 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만이면 성형된 필름의 분해속도가 늦어질 우려가 있고, 10 중량부를 초과할 경우에는 성형된 필름의 투명성이 저하되고 표면에서 얼룩이 발생할 수 있으며, 경제성 면에서 바람직하지 못할 수 있다.
상기 산화생분해 촉진제는 조성물 또는 필름에 포함되는 고분자 수지를 분해시키기 위하여 사용된다. 일반적으로, 고분자의 표면에 존재하는 소량의 과산화물이 공기 중의 산소와 반응하면 라디칼이 발생하게 되는데, 보통 이와 같이 발생된 라디칼은 고분자 중의 산화방지제에 의해 흡수된다. 하지만, 본 발명에 사용되는 산화생분해 촉진제의 카르본산 금속염에 포함된 천이금속은, 과산화물과 산화환원 반응을 반복하여 라디칼을 반복 생성하는 자동산화 작용을 하고, 이 자동산화 작용에 의해 빛 또는 열을 반응에너지로 하여 라디칼 반응이 시작되며, 이 반응에 의해 고분자의 탄소사슬이 절단되고 산화분해 작용이 일어나 고분자가 저분자화 된다. 이와 같이 저분자화된 산화저분자화물은 예를 들면, 카르본산, 케톤류 및 알코올류 등이 있는데, 최종적으로 이 산화저분자화물이 자연 환경의 미생물에 의해 소화 흡수되어 물, 이산화탄소 또는 바이오매스로 변환되어 분해가 완료될 수 있다.
이상과 같은 특성을 가지기 위하여, 본 발명에 사용되는 산화생분해 촉진제는 카르본산 금속염을 포함하며, 필요에 따라 윤활제를 더 포함한다. 상기 카르본산 금속염은 산화력을 보다 상승시키기 위하여 2 종 이상의 금속염이 포함된 것일 수 있으며, 바람직하게는 천이금속(transition metal)의 카르본산염과 희토류 금속의 카르본산염을 포함할 수 있고, 이 경우 카르본산 금속염과 희토류 금속의 카르본산염은 7:1 내지 5:2의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 천이금속으로는, 철, 구리, 망간, 코발트, 바나듐, 아연, 크롬, 티타늄 및 니켈 등으로부터 선택될 수 있으며, 상기 희토류 금속으로는 세륨 및 스칸듐 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 카르본산 금속염의 카르본산으로는 스테아린산, 올레인산, 에루크산 및 리놀산 등의 다가 지방산으로부터 선택될 수 있다. 한편, 산화생분해 촉진제에 윤활제가 포함되면, 상기 카르본산 금속염은 50 내지 90 중량%로, 상기 윤활제는 10 내지 30 중량%로 구성될 수 있다.
상기 산화생분해 촉진제는, 생분해가 용이하지 않은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀 수지에 소량 첨가하는 것만으로도, 폴리올레핀 수지의 물성 저하 없이 분해가 용이한 산화생분해성 플라스틱으로 만들 수 있다. 이와 같이 폴리올레핀 수지에 포함된 산화생분해 촉진제는 빛, 열, 산소, 수분을 반응 에너지로 하여 폴리올레핀 수지의 산화를 촉진시킬 수 있다. 상기 산화생분해 촉진제의 첨가량은, 상기 산화생분해 마스터배치 총 중량 기준 10 내지 25 중량%로서, 상기 산화생분해 촉진제의 첨가량이 10 중량% 미만이면, 상기 폴리올레핀 수지에 첨가되는 산화생분해 마스터배치의 양이 산화생분해 촉진제를 직접 투입할 때와 같이 과량이 되어 폴리올레핀 수지 내에서 분산이 잘 되기 어렵고, 25 중량%를 초과하면 마스터배치 제조 과정에서 산화생분해 촉진제의 응집이 일어날 수 있다.
상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부텐 등 통상의 폴리올레핀일 수 있으며, 융점이 다른 합성수지보다 낮기 때문에 저온에서 압출이 가능하여 산화생분해 촉진제의 열화에 의한 기능 저하를 방지할 수 있으며, 플라스틱 성형품을 만들 수 있는 다른 합성수지와의 혼화성이 양호하다. 상기 폴리올레핀의 첨가량은, 상기 산화생분해 마스터배치 총 중량 기준 30 내지 55 중량%로서, 상기 폴리올레핀을 상기의 함량 범위 내에서 사용할 경우, 상기 산화생분해 마스터배치의 바인더 역할을 하여 펠렛을 형성할 수 있다.
상기 상용화제는 에틸렌과 아크릴산의 공중합체인 이오노머로서, 상기 산화생분해 마스터배치에 대하여 친화성을 가져, 저밀도 폴리에틸렌과 산화생분해 촉진제가 화학적 구조, 극성, 계면 장력의 차이에 의해 상분리가 일어날 수 있는 것을 방지하고, 산화생분해 촉진제가 단 시간 내에 충분히 혼합되고 열 분해되어 기능이 저하되지 않도록 하며, 산화생분해 촉진제가 압출 과정에서 열에 의해 활성화되지 않도록 한다. 또한, 상기 상용화제를 포함하는 마스터배치가 성형품을 제조하기 위한 수지에 첨가될 경우, 성형 과정에서 마스터배치가 먼저 용융하여 폴리프로필렌 수지 사이로 유동함으로써 수지와의 혼합성을 향상시켜 균일한 조성물을 제공할 수 있으며, 최종 성형품에 안정한 구조를 형성하여 압출 성형품의 경우 첨가제를 함유하더라도 거침과 겔이 없는 매끄럽고 균일한 표면을 제공할 수 있다. 또한, 상기 상용화제는 친수성을 가지므로, 가수분해성을 증대시켜 성형품의 분해를 촉진할 수 있다.
상기 상용화제의 첨가량은, 상기 산화생분해 마스터배치 총 중량 기준 1 내지 20 중량%로서, 상기 상용화제의 첨가량이 1 중량% 미만이면 저밀도 폴리에틸렌과 산화생분해 촉진제의 친화성이 저하되어 최종적으로 성형품에 적용 시 기계적 물성이 저하될 수 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 산화생분해 촉진제와의 친화력이 강해져, 오히려 산화생분해 촉진제의 분산을 방해하는 요소로 작용할 수 있다. 상기 상용화제(또는, 이오노머)로는 용융지수가 0.1 ~ 10.0 g/10 분(190 ℃, 2.16 Kg)인 것을 사용할 수 있으며, 이 경우 저밀도 폴리에틸렌 및 산화생분해 촉진제와의 결합력을 높일 수 있다.
마지막으로, 상기 분산제는 극성이 매우 높은 산화생분해 촉진제와 극성이 매우 낮은 폴리에틸렌의 계면에서 극성 차이로 인해 산화생분해 촉진제의 분산이 균일하게 일어나지 않는 문제를 해결하기 위하여, 산화생분해 촉진제의 표면 처리용으로 사용된다. 상기 분산제로는 나프탈렌술폰산 포르말린 축합물 나트륨염, 방향족술폰산 포르말린 축합물 나트륨염, 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르 및 폴리옥시에틸렌 알킬에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 예시할 수 있다.
종래의 분산제는 분자량이 약 2,000 정도로서, 입자 간 전기적 반발력에 의한 분산력만을 얻을 수 있고, 이는 안정 효과와 상반되기 때문에, 안정제를 추가로 주입시켜야만 안정 효과를 얻을 수 있다. 반면, 본 발명에서는 3,000 내지 10,000 범위의 분자량을 갖는 분산제를 사용하는데, 이와 같이 높은 분자량을 갖는 분산제는 입자 간 전기적 반발력뿐만 아니라, 비이온성 계면활성제의 효과인 입체적 효과(Steric Effect)에 의한 분산력을 발현함과 동시에 입자간 응집 현상을 근본적으로 차단하기 때문에, 안정제를 첨가하지 않아도 되는 장점이 있다.
또한, 상기 분산제로 산화생분해 촉진제를 표면 처리하기 때문에, (산화생분해 마스터배치를 제조하는 140 ℃ 이상의 고온의 압출온도에 의해 융점이 80 내지 95 ℃인 본 발명에 사용되는) 산화생분해 촉진제가 열을 받고 응집되어 압출기로의 투입이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다. 상기 분산제의 첨가량은, 상기 산화생분해 마스터배치 총 중량 기준 0.5 내지 5 중량%로서, 상기 분산제의 첨가량이 0.5 중량% 미만이면 분산효과가 나타나지 않을 수 있고, 5 중량%를 초과하면 불순물로 작용하여 산화생분해 마스터배치의 기계적 특성이 저하될 수 있다. 한편, 상기 조성물에는, 필요에 따라, 고속 생산 가공 시 용융 압력 및 열에 의한 산화를 최소화하기 위한 산화 방지제 등의 첨가물이 포함될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 산화생분해성 필름용 수지 조성물의 제조방법에 대하여 설명한다. 상기 산화생분해성 필름용 수지 조성물의 제조방법은, a) 산화생분해 촉진제, 폴리올레핀, 상용화제 및 분산제를 혼합하여 산화생분해 마스터배치를 제조하는 단계 및 b) 상기 제조된 산화생분해 마스터배치에 폴리알킬렌 수지, 엘라스토머 수지 및 무기 충전제를 첨가하는 단계를 포함한다.
상기 a) 단계의 산화생분해 마스터배치의 제조에는, 낮은 스크류 속도 하에서도 압출량이 크고 일정하고, 안정된 압출이 가능하고, 혼련 효과가 우수하며, 낮은 온도에서 압출이 가능한 2축 스크류 압출기를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 2축 스크류 압출기의 선단에 상기 폴리올레핀, 상용화제 및 무기 충전제를 투입하여 140 내지 170 ℃의 압출 온도로 용융 혼합시킨 후, 분산제로 표면 처리한 산화생분해 촉진제 등을 압출기의 후단에서 사이드 피딩(feeding)으로 혼합하여 산화생분해 마스터배치를 제조할 수 있다. 상기 사이드 피딩의 위치는, 상기 압출기의 선단으로부터 다이 방향으로 3/4 내지 4/5의 지점인 것이 바람직하며, 3/4 미만의 지점에 사이드 피딩이 위치하는 경우, 산화생분해 촉진제가 압출기 내에서의 체류시간이 길어짐에 따라 안정성이 저하되는 등 기능이 저하될 수 있으며, 4/5를 초과하는 지점에 사이드 피딩이 위치하는 경우에는, 혼합과 분산이 불충분할 수 있다. 이와 같이 제조된 산화생분해 마스터배치는 냉각, 탈수, 펠렛화 및 건조를 거쳐 알루미늄이 코팅 또는 적층된 포장재로 포장되어 보관됨으로써 본 발명에 사용되는 산화생분해 촉진제가 안정된 상태로 유지될 수 있으며, 산화생분해 마스터배치에 폴리알킬렌 수지 및 엘라스토머 수지를 첨가함으로써, 본 발명에 따른 산화생분해성 필름용 수지 조성물이 제조될 수 있다.
한편, 상기 압출기의 규격은 스크류 직경과 다이스의 폭에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 스크류의 길이 대 직경의 비는 25:1 내지 40:1, 바람직하게는 30:1 내지 35:1이고, 압축비(Compression Ratio)는 2.0 내지 5.0, 바람직하게는 3.0 내지 3.5이다. 또한 믹싱 존(Mixing Zone)이 있는 경우에는, 길이 대 직경의 비로서 30:1 정도가 무기 충전제가 다량 포함된 필름의 압출 가공에 적절하다. 압출 공정에 사용되는 다이(Die)로는 티다이, 휘쉬테일다이(Fish-tail Die), 코트 행거 다이(Coat-Hanger Die) 및 콘투어 다이(Contour Die) 등을 예시할 수 있다.
또한, 일반적으로 점도변화가 심한 무기 충전제를 포함하는 화합물의 경우, 용융점도가 일반적인 순수한 수지보다 매우 높으며, 과량의 무기 충전제로 인하여 압출 가공에서 발생하는 저분자량의 다이 빌드업(Die Build-Up), 다이 드롭(Die-Drop) 또는 다이라인(Die Line) 현상 등이 나타난다. 따라서, 상기의 문제점을 개선하기 위해서는, 예를 들어, 티다이 내부를 크롬으로 도금한 후 텅스텐으로 추가 도금을 할 수 있으며, 이 경우, 필름의 두께를 균일하게 제어하는 것이 가능하다.
그밖에, 본 발명은, 전술한 산화생분해성 필름용 수지 조성물을 연신 또는 무연신의 캐스트 또는 인플레이션 필름으로 성형하여 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름을 제공한다. 상기 성형은 캐스트 또는 인플레이션 필름 성형기에 의해 수행될 수 있으며, 연신공정, 무연신의 캐스트공정 또는 인플레이션공정에 의해 상기와 같이 필름이 제조될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 산화생분해성 필름용 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름은, 초기의 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 통기성이 향상되어 종래의 산화생분해성 필름에 비하여 분해에 소요되는 시간이 단축되는 등의 장점이 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
[실시예 1~5 및 비교예 1]
먼저, 플라스크에 증류수를 넣어 75 ℃로 가열하였고, 여기에 스테아릭산을 첨가하여 충분히 용융될 수 있도록 교반한 후, 알코올에 용해된 복합 분해제(아세틸아세토네이트, acethylacetonate)를 플라스크에 넣고 교반하여 코팅액을 제조하였다. 제조된 코팅액을 다공성 무정형의 무기 충전제인 탄산칼슘(제조사: 삼진 폴리텍사)과 함께 고속 혼련기에 넣고 혼련 및 건조하여 코팅된 탄산칼슘을 제조하였다.
이어서, 폴리올레핀으로서 폴리프로필렌과 상용화제로서 에틸렌과 아크릴산의 공중합체인 이오노머를 동방향 2축 압출기의 선단에 투입하고 160 ℃의 압출온도로 용융 혼합한 후, (유기주석을 촉매로 사용하지 않고 중합한) 폴리부틸렌-아디페이트 공중합체, 1·2차 산화방지제 및 분산제로 표면 처리한 산화생분해 촉진제를 압출기의 후단 3/4 지점에서 투입 혼합하고 냉각, 탈수, 펠렛화 및 건조하여 산화생분해 마스터배치를 제조하였다.
마지막으로, 상기 제조된 산화생분해 마스터배치에 폴리프로필렌 수지, 엘라스토머 수지 및 상기 제조된 코팅 탄산칼슘(삼진 폴리텍사)을 첨가하여 산화생분해성 필름용 수지 조성물을 제조한 후, 이를 캐스트 필름 성형기에 투입하여 250 ℃에서 용융시키고, 티다이(T-Die)를 통과시켜(다이 압출조건: 245 ℃, 10 rpm(Screw PRM), 35 bar), 두께 60 ㎛의 산화생분해성 필름을 제조하였다. 한편, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 사용된 각 성분의 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
산화생분해
마스터배치
(단위: 중량%)		 PP-1* 55 55 55 55 55 55
상용화제* 20 20 20 20 20 20
산화생분해
촉진제*		 23 23 23 23 23 23
분산제* 2 2 2 2 2 2
산화생분해성
필름용
수지 조성물
(단위: 중량부)		 PP-2* 100 100 100 100 100 100
폴리부텐-1 수지* 5 5 5 5 5 5
탄산칼슘 30 35 40 45 50 -
마스터배치 5 5 5 5 5 5
PP-1: 호모 폴리프로필렌(HF 429, 삼성토탈, M.I.: 8)
상용화제: Surlyn 8528, 이오노머(DUpont)
분산제: 나프탈렌술폰산 포르말린 축합물 나트륨염(데모르 N, Kao, 일본)
산화생분해 촉진제: P-Life (P-Life Japan Inc.)
PP-2(폴리알킬렌 수지): 랜덤 폴리프로필렌(R140M, SK종합화학, M.I.: 6)
폴리부텐-1 수지(엘라스토머 수지): TYPLEX 3050, (주)일렘테크놀로지, M.I.: 0.6)
실험예
(1) 분해성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 필름에 대하여 하기의 시험방법을 통해 특성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
a. 열 폭로 분해성: ASTM D5510-94 방법에 의거하여 80 ℃의 열에 1~3일간 노출시켜 신율을 측정한다.
b. 자외선 폭로 분해성: ASTM G154 방법에 의거하여 자외선을 1~12일간 조사하여 신율을 측정한다.
c. 야외 폭로 분해성: 야외에서 100일 경과 후 필름의 상태를 육안으로 측정한다.

 열 폭로 분해성
(길이 방향 신율, 단위: %)		 자외선 폭로 분해성
(길이 방향 신율, 단위: %)		 야외폭로
분해성
필름성형
직후		 1일
경과		 2일
경과		 3일
경과		 필름성형
직후		 4일
경과		 8일
경과		 12일
경과		 찢어진 조각
발생일
실시예1 200 190 185 180 200 170 155 110 50일 후
실시예2 200 195 190 170 200 175 150 110 55일 후
실시예3 200 200 195 190 200 190 185 150 45일 후
실시예4 200 200 190 185 200 190 180 140 40일 후
실시예5 200 195 185 175 200 180 170 130 55일 후
비교예1 220 173 160 149 220 154 140 90 65일 후
(2) 통기성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 필름을 ASTM E 96 표준 측정 방법으로 측정하여 통기성(MVTR(Moisture Vapor Transmission Rate), 또는 투습성)을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
통기성(g/m2/day)
실시예 1 6,720
실시예 2 7,502
실시예 3 7,577
실시예 4 6,689
실시예 5 7,025
비교예 1 2,305
상기 표 2를 통해서는, 열, 자외선 또는 야외에서 폭로에 의해 기일이 경과함에 따라, 실시예에서 제조된 필름이 비교예 1에서 제조된 필름 대비 분해되는 정도가 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이는 표 3에 나타낸 바와 같은 통기성의 영향에 의한 것으로서, 본 발명에 따라 무기 충전제를 사용할 경우 통기성이 현저히 상승하였으며, 이에 의해 생분해 성능 또한 향상되는 것을 알 수 있었다.
한편, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통기성의 산화생분해성 필름과 비교예에 따른 통상의 산화생분해성 필름을 이용하여 식품의 신선도를 비교한 이미지로서(즉, 각각의 필름으로 식품을 랩핑하여 보관하였으며, 7일 후 개봉하여 신선도를 비교하였다), 도 1의 a는 상기 실시예 5의 필름을 적용한 것이고, 도 1의 b는 상기 비교예 1의 필름을 적용한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 실시예 5의 통기성 필름을 이용한 경우, 식품의 신선도가 초기 상태에 비하여 큰 변화 없이 유지된 반면, 상기 비교예 1의 통상적인 필름을 이용한 경우에는, 육안으로 식별이 명확할 만큼 식품의 상태가 나빠진 것을 확인할 수 있었다.
(3) 기계적 특성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 필름을 ASTM D 5034 표준 측정 방법으로 측정하였으며, 각 측정 항목당 10 회씩 측정하고 최고 및 최소값을 제외한 평균값을 취하여, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
인장강도(Kgf/mm2) 연신율(%)
실시예 1 35.1 200
실시예 2 36.5 300
실시예 3 45.2 400
실시예 4 41.0 500
실시예 5 44.5 600
비교예 1 35.0 200
한편, 표 4를 통해서는, 실시예에서 제조된 필름의 기계적 강도가 비교예 대비 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터, 본 발명은 기계적 강도는 유지하면서도 통기성 및 생분해 성능은 향상시킬 수 있는 것임을 알 수 있었다.

Claims (5)

  1. 폴리알킬렌 수지;
    엘라스토머 수지;
    무기 충전제; 및
    산화생분해 촉진제, 폴리올레핀, 상용화제 및 분산제를 포함하는 산화생분해 마스터배치;를 포함하는 산화생분해성 필름용 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 무기 충전제는 탄산칼슘, 제올라이트, 탈크, 실리카, 고령토 및 황산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산화생분해성 필름용 수지 조성물.
  3. a) 산화생분해 촉진제, 폴리올레핀, 상용화제 및 분산제를 혼합하여 산화생분해 마스터배치를 제조하는 단계; 및
    b) 상기 제조된 산화생분해 마스터배치에 폴리알킬렌 수지, 엘라스토머 수지 및 무기 충전제를 첨가하는 단계;를 포함하는 산화생분해성 필름용 수지 조성물의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 무기 충전제는 탄산칼슘, 제올라이트, 탈크, 실리카, 고령토 및 황산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산화생분해성 필름용 수지 조성물의 제조방법.
  5. 청구항 1의 산화생분해성 필름용 수지 조성물을 연신 또는 무연신의 캐스트 또는 인플레이션 필름으로 성형하여 제조되는 통기성의 산화생분해성 필름.
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