KR0181581B1 - 완충포장재용 다층 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 완충포장재용 다층 필름에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 가스 차단성이 우수한 에틸렌 비닐 알콜 공중합체를 중층으로 하고 이의 내·외층에 폴리올레핀 수지를 접착성 수지로 접착시켜 5 내지 7층 구조로 형성시킨 완충포장재용 필름에 관한 것이다.

본 발명에 따른 포장완충재는 부피가 기존 발포 스티렌이나 펄프완충재보다 훨씬 적고, 수집운반이 용이하고 운반비가 저렴할 뿐만 아니라 폐기량이 적으며 재활용이 가능하고 수분이 많더라도 적용이 가능하기 때문에 환경에 미치는 영향이 획기적인 제품이라 할 수 있다.

Description

완충포장재용 다층 필름

본 발명은 완충포장재용 다층 필름에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 폴리에틸렌비닐알콜수지를 중층으로 하고 이의 내·외층으로서 폴리올레핀 수지를 접착성 수지로 접착시켜 5 내지 7층으로 형성시켜서 된 완충포장재용 다층 필름에 관한 것이다.

일반적으로 각종의 전자제품이나 용량이 적은 기계제품과 같은 포장내용물 또는 운송대상물을 운송하는 경우 발포 스티렌 제품이나 우레탄 발포 제품을 형상대로 성형하여 포장 내용물에 부착한 후 나무상자나 종지상자에 넣어 운송하고 있다. 또한 유리제품이나 도자기등과 같이 운송도중에 깨어지기 쉬운 물질은 해당제품을 일정크기의 용기에 넣은 후 폴리스틸렌 발포물을 일자형태나 실모양으로 성형, 충전하여 완충성을 부여했다. 그러나 성형완충재를 사용할 경우는 포장내용물의 형상에 따라 금속몰드(Mold)의 제조가 불가피하고 제조 비용이 높을 뿐만 아니라 부피가 크기 때문에 운송대상물이 실제 포장내용물 보다는 매우 크게 되며, 입자나 실모양의 발포체를 종이 박스나 용기에 채워 사용할 경우는 포장내용물을 용기내에 고정하기가 어려워 운송도중에 일어날 수 있는 충격, 진동, 낙하 등에 대해서 완충효과의 기능이 충분하지 않은 문제점이 있다.

상기 어느 방법에 의한 것이든 발포체를 사용하는 포장완충재는 재사용이 불가능한 폐기물이 대량 생산되기 때문에 환경공해의 원인이 되기도 한다. 이와 같은 포장방법을 개선하기 위해 펄프지 또는 재생지를 일정한 모양으로 성형하여 완충재로 사용하는 소위 종이몰드(Paper Mold) 제품이 일부 이용되고 있다. 그러나, 이 종이몰드도 고가의 금속몰드 제작이 필요하여 제조원가가 높아서 약 100만개 이하의 단위포장 제품에는 적용할 수가 없기 때문에 국내에서는 생산이 없고 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 특히 종이몰드의 경우 재생은 가능하나 부피가 크기 때문에 수거에 어려움이 있을 뿐만 아니라 일정한 형태를 유지하기 위해서는 새로운 펄프를 소량 공급해야 하기 때문에 펄프를 얻기 위해 필요한 나무의 공급과 제조공정을 고려할 때 환경 균형(ECO-Balance)이 맞지 않는다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해 최근 공기주머니(Air-box)를 포장내용물의 완충요구 특정부위에 따라 성형한 후 종이나 용기에 고정시킨 후 공기주머니의 밸브를 통해 공기나 기타 기체를 충진하여 공기 주머니를 팽창시켜 포장내용물을 보호하는 포장재의 개발 움직임이 있다. 종래의 공기주머니를 이용한 포장재의 개발기술로서 일본국 특개평 제6-40474호에서는 공기주머니로 저밀도 폴리에틸렌 수지와 에틸렌비닐알콜 공중합 수지 및 폴리아미드 수지를 접착 또는 공압출한 수지를 사용하여 제조한 포장재를 개시하고 있다. 그러나 이와 같이 폴리아미드 수지를 기본필름으로 사용할 경우 연신율이 낮고 스티프니스(Stiffness)가 높아 온도변화에 따라 공기주머니 내의 공기가 수축팽창이 진행됨에 따라 필름의 팽창, 수축율이 낮기 때문에 충분한 완충효과를 얻기 어려울 뿐만 아니라 공기주머니의 구성에 필요한 정확한 층구성에 대한 언급도 없다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자들이 연구를 거듭하여 적정 층구성을 갖는 공기주머니를 가공, 제조함으로써 공기 투과율을 최소화하였고, 공기를 공기주머니 속에 장기간 보존하므로써 포장재의 포장 완충효과를 지속적으로 유지토록 하였으며, 온도변화에 따라 공기의 수축팽창에도 불구하고 연신율이 높아 완충코저 하는 위치에 고정되어 충분한 완충효과를 발휘할 수 있도록 하였다. 또한, 파열강도를 높여 포장할 물건의 하중을 견디고, 내열 및 내한성이 우수하여 더운 지역이나 추운 지역에서도 완충효과가 있게 하며 유연성이 좋아서 포장내용물의 다양한 형태에도 적용할 수 있도록 하였다.

따라서 본 발명의 목적은 취급이 수월하고 운송중에 포장 내용물을 충격, 진동등으로 부터 완충 보호할 수 있으며 공기 차단성이 우수하여 포장 내용물을 장기간 보존할 수 있고 폐기물 발생이 적고 유연성이 우수한 완충포장재용 다층 필름의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 완충포장재용 다층필름은 폴리에틸렌비닐알콜수지를 중층으로 하고 이의 내·외층으로서 폴리올레핀수지를 접착성 수지로 접착시켜 5 내지 7층 구조로 형성시킴으로써 이루어진다.

이하 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 완충포장재용 다층필름은 가스 차단성이 우수한 에틸렌 비닐 알콜 공중합체 (이하 'EVOH'이라 한다)를 중층으로 하고 상기 에틸렌 비닐 알콜 공중합체를 보호하기 위하여 이의 내·외층에 폴리올레핀 수지를 접착성 수지로 접착시켜 5 내지 7층 구조로 이루어진다.

완충포장재용 필름의 공기투과율을 최소화하기 위해서는 가스 차단성이 우수한 수지를 사용해야 하므로 본 발명에서는 가스 차단성이 우수한 수지로서 EVOH를 사용하였다. 상기 EVOH는 에틸렌 함량이 28-50 중량%인 것이 바람직한데, 이는 에틸렌 함량이 너무 높으면 가스 차단성이 저하되고 너무 낮으면 기계적 물성이 떨어지기 때문이다.

한편, 상기 EVOH는 그 자체가 친수성기인 하이드록시 그룹을 갖고 있기 때문에 소수성이 강한 물질인 폴리올레핀 제품으로 그의 내외층을 보호해 주어야 한다. 따라서 본 발명에서는 상기 EVOH의 내·외층에 폴리올레핀 수지를 접착시켜 5 내지 7층으로 형성시키는데, 각각의 층구조를 외면층부터 순서대로 살펴보면, 5층 구조를 갖는 다층필름의 경우는 폴리올레핀/접착성수지/폴리에틸렌비닐알콜수지/접착성수지/폴리올레핀으로 이루어지고, 6층 구조를 갖는 다층필름의 경우는 폴리올레핀/접착성수지/폴리에틸렌비닐알콜수지/접착성수지/폴리올레핀/폴리올레핀으로 이루어지며, 7층 구조를 갖는 다층필름의 경우는 폴레올레핀/접착성 수지/폴리에틸렌비닐알콜수지/접착성수지/폴리올레핀/폴리올레핀/폴리올레핀으로 이루어진다.

상기 폴리올레핀은 밀도가 0.890g/㎤-0.965g/㎤인 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초선형저밀도 폴리에틸렌, 초초선형저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 에틸렌 초산비닐 공중합체, 에틸렌 아크릴산공중합체 또는 에틸렌 아크릴산 에틸공중합체등과 같은 알파, 베타 카르보닐산 공중합체나 알파, 베타 카르보닐산 에스테르 공중합체외에 아이오노머 등과 같은 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 층구성중 열봉합층으로 사용되는 최내층의 폴리올레핀수지는 유연성이 좋고 열봉합시 열봉합이 용이하며 열봉합강도가 좋아서 공기주머니 내로 공기를 충진한 후 가스가 새는 현상이 없어야 한다. 또, 다층 필름의 두께가 두껍더라도 열봉합 특성이 좋고, 적어도 80℃ 이상의 온도조건에서 열봉합면이 파열되는 현상이 없어야 하기 때문에 연화점이 75-110℃인 제품이 바람직하다. 이는 연화점이 너무 낮으면 열봉합은 용이하나 내열성이 약해서 80℃의 온도에서 파열이 일어나고 연화점이 너무 높으면 열봉합 시간이 길고 열봉합 온도가 높아 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 최외층의 구성층에도 나쁜 영향을 미칠수 있다. 상기 조건들을 고려해보았을 때 내층필름의 재료로는 에틸렌 초산 비닐 공중합체(EVA)나 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌 외에 에틸렌과 알파, 베타 불포화 카르보닐산 공중합체, 또는 아이오노머 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

통상적으로 EVOH는 폴리올레핀과 접착력이 나쁘기 때문에 본 발명에서는 폴리올레핀계 접착성 수지를 사용해서 폴리올레핀층과 EVOH층을 상호 접착시키는데, 이때 사용되는 접착성 수지로는 변성 폴리올레핀계수지로 말레인산이 그라프트된 수지등이 바람직한데, 그 예로는 말레인산이 그라프트된 폴리에틸렌등이 있다.

또한, 내층 필름을 미리 성형, 제조하여 다층구조로 가공하고자 할 때에 내층필름은 접착층으로 사용되는 수지와 합지되어 층간접착강도를 높이기 위해 접합표면에 코로나 처리를 하는 것이 바람직하다. 여기서 코로나 처리는 약 40다인 이상이면 만족할 만한 층간 접착력을 얻을 수 있다.

한편, 베이스 필름을 미리 성형, 제조하지 않고도 일정한 장치를 이용하여 상기 특성을 가진 포장완충용 다층필름을 생산할 수 있다.

즉, 다층을 생산할 수 있는 5층 공압출기를 이용하여 중층에 EVOH를 적용하고 최외층과 최내층에 상기에서 언급한 각종 수지를 사용하며 중층과 최외층 및 중층과 최내층의 사이에 각각 접착성 수지를 사용하여 제조하는 방법이다. 이 방법은 다층필름을 제조할 때 기계적으로 바로 두께 조정을 할 수 있는 장점이 있고 베이스 필름을 미리 제조하지 않아도 되기 때문에 원가절감의 측면에서 매우 바람직한 제조방법이라 할 수 있다.

상기 어떤 방법으로 제조하든 베이스 필름은 관형 또는 평판 필름을 제조하여야 하며 제조된 필름은 권취롤에 감기게 된다. 이때 필름의 개구성이 나쁘게 되면 필름사용이 용이하지 못하기 때문에 블로킹 방지제를 처방하면 더욱 좋다. 블로킹 방지제는 종류가 많으나 탄산칼슘, 이산화규소 등의 무기물을 0.4PHR이상 처방하면 필름표면에 젤이 발생할 수 있으므로 슬립성과 블로킹 방지성이 동시에 좋은 아미드계통의 스테아린산 아미드, 에틸렌 비스 아미드 등을 0.2-1.0PHR처방하거나 탄산칼슘, 이산화규소등과 혼합 사용하는 것이 좋다. 이때 산화방지제로서 이가녹스 1076(시바가이사) 0.02-0.05PHR를 함께 첨가하는 것도 바람직하다.

이하 여러 가지 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하지만 하기예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1-18]

공기투과도, 유연성, 기계적 강도, 내열성 등을 만족시킬 수 있는 베이스 필름용 수지의 선정을 위하여 표 1과 같은 수지를 단독 또는 블렌드 사용하여 베이스 필름을 생산한 후 표 2와 같은 구성과 제조조건에 따라 완충용 필름을 제조하여 특성을 평가하였다. 실시예 1-18은 차단성 수지인 EVOH를 사용한 것으로 다층 구조는 탠덤 공압출기를 이용하였다. 즉 7층구조는 표 1에 나타난 수지를 이용하여 미리 일정두께의 필름을 성형, 제조한 후 탠덤 공압출기로 일차 LDPE 또는 표 1에 나타낸 수지로 압출피복한 후 2차에서는 폴리올레핀/접착성 수지/차단성수지(EVOH)/접착성 수지/폴리올레핀으로 구성된 5층을 압출피복가공방법으로 적층하였다. 탠덤 공압출기는 상업 제품을 생산시에 사용하는 기기를 이용하였다. 6층 구조는 7층 구조의 다층 필름의 제조와 마찬가지로 표 1에 나타낸 수지를 미리 성형한 후 탠덤 공압출기에서 1차 압출피복을 거치지 않고 바로 2차 공정인 5층을 압출피복가공방법으로 적층하였다. 차단성 수지는 적정 가스차단성을 부여하기 위해 5μ 또는 10μ로 변경하였으며 층간 접착력을 향상시키기 위해 사용하는 변성 폴리올레핀은 최소압출량인 5㎛로 하였다. 실시예 1-18에서 사용한 수지중 아이오노머는 듀폰사의 SURLYN 1650 제품을 사용하였으며, 그외의 수지는 대한민국 서울시 중구 장교동 소재의 한화종합화학(주)에서 생산하는 수지를 사용하였고, 그 용도상 필요에 따라 하기 표 1과 같이 산화방지제, 블로킹 방지제 및/또는 슬립제등과 같은 각종 첨가제를 적정량 첨가하였다.

- 공기압 : 0.2㎏/㎠

-층간접착력 : 베이스 필름/폴레올레핀 층

[실시예 19]

5층 블로운 공압출기를 이용하여 선형저밀도 폴리에틸렌를 최외층과 최내층에 있는 층구성으로 하여 전체두께 100㎛인 5층 필름을 성형하여 그 특성을 평가한 후 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다. 가스 차단성을 부여하기 위한 수지와 접착성수지는 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 수지를 사용하였다.

[실시예 20]

최내층 및 최외층 수지를 에틸렌 초산비닐 아세테이트로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 19와 동일한 방법으로 필름의 특성을 평가하고 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다.

실시예 19-20에서 알 수 있듯이 베이스 필름을 미리 성형하지 않고 한번에 다층으로 제조한 완충용 필름도 가스투과도가 매우 낮고 Seal 강도가 높기 때문에 상기 목적의 필름으로 활용할 수 있음을 알 수 있다.

[비교예 1]

본 발명에서 제조한 필름의 재활용 가능성을 알아보기 위하여 본 발명에 의해 제조한 실시예 5의 필름의 스크랩된 필름을 롤밀을 통해 쉬트를 만든 다음 파쇄하여 펠렛으로 제조하였다. 그 펠렛을 400㎜Φ필름 압출기를 이용하여 필름을 제조한 후 그 특성을 평가하였다.

[비교예 2]

본 발명에 의한 필름의 재활용 가능성을 종래기술과 비교해 보기 위하여 일본국 특개평 제6-40474호의 필름의 층구성과 같은 필름을 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 재압출하여 필름을 성형해 보았으나 필름이 성형되지 않았다.

상기 비교예 1, 2 및 실시예 5의 물성 평가 결과를 하기 표 4에 기재하여 그 특성을 비교해 보았다.

상기 표 4에서 알 수 있듯이 일본국 특개평 제6-40474호의 필름(비교예 2)은 서로 다른 특성을 가진 물질들이 혼재하므로써 필름성형이 되지 않으나, 본 발명에서 제조한 필름은 재압출하여 필름(비교예 1)을 제조하더라도 기계적 물성이 원래 필름(실시예 5)의 그것과 거의 유사한 수준임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 제품은 재활용이 가능함을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 포장완충재는 적정한 두께와 공기압을 유지하고 공기의 주입과 배기가 용이한 구조를 채택함으로써 운송 대상물을 충격, 진동으로 부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 부피가 기존 발포 스티렌이나 펄프완충재보다 훨씬 적고, 수집 운반이 용이하고 운반비가 저렴할 뿐만 아니라 폐기량이 적으며 재활용이 가능하고 수분이 많더라도 적용이 가능하기 때문에 환경에 미치는 영향이 획기적인 제품이라 할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 공기 주머니는 사용 후 소정의 가공절차를 거쳐 필름으로 다시 성형하더라도 우수한 물성을 그대로 보유하게 하므로써 재활용이 가능한 장점이 있다.

Claims (2)

1. 가스 차단성이 우수한 에틸렌 함량이 28-50중량%인 에틸렌 비닐 알콜 공중합체를 중층으로 하고 이의 내·외층에 폴리올레핀 수지를 말레인산이 그라프트된 접착성 수지로 접착시켜 폴리올레핀/접착성수지/폴리에틸렌비닐알콜수지/접착성수지/폴리올레핀의 구조, 폴리올레핀/접착성수지/폴리에틸렌비닐알콜수지/접착성수지/폴리올레핀의 구조 또는 폴리올레핀/접착성수지/폴리에틸렌비닐알콜수지/접착성수지/폴리올레핀/폴리올레핀/폴리올레핀의 구조로 형성시킨 것을 특성으로 하는 완충포장재용 필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초선형저밀도 폴리에틸렌, 초초선형저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 또는 에틸렌 초산비닐 공중합체, 에틸렌 아크릴산 공중합체 또는 에틸렌 아크릴산 에틸공중합체 등과 같은 알파, 베타, 카르보닐산 공중합체나 알파, 베타 카르보닐산 에스테르 공중합체 및 아이오노머 수지중에서 선택하여 단독 또는 혼합하여 사용됨을 특징으로 하는 완충포장재용 필름.