KR100236770B1 - 산업용 다층 연신 포장 필름 - Google Patents

산업용 다층 연신 포장 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연신성, 탄성, 필름 강도, 점착성, 대전성 및 풀림성이 우수한 산업용 다층 연신 포장 필름에 관한 것으로, (A) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체를 포함하는 제 1 층; (B) (a) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체 60 내지 95 중량%, 및 (b) 밀도가 0.860 내지 0.910 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 3 내지 12의 α-올레핀의 공중합체 40 내지 5 중량%, 및 상기 (a)와 (b)의 총량에 대하여 폴리부텐 3 내지 10 중량% 및 계면활성제 0.5 내지 5 중량%를 포함하는 제 2 층; 및 (C) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체, 또는 밀도가 0.860 내지 0.910 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 3 내지 12의 α-올레핀의 공중합체를 포함하는 제 3 층으로 이루어진다.

Description

산업용 다층 연신 포장 필름{INDUSTRIAL MULTI-LAYER STRETCH WRAP FILM}
본 발명은 산업용 다층 연신 포장 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 각종 수지의 펠렛 연신 필름이나 전기 제품, 전자 제품, 벽돌 포장 및 공업용 포장 용도로서 습기 및 먼지를 방지하고 신속하게 포장 및 이행시키기 위한 것으로서 연신성, 탄성, 필름강도, 점착성, 대전성 및 풀림성이 우수한 산업용 다층 연신 포장 필름 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
산업용 포장 필름은 펠렛, 전기 제품, 전자 제품, 벽돌 포장 등의 공업용 용도로서 사용되며, 제품의 포장시 완벽한 포장으로 인한 포장 내용물의 흐트러짐 방지, 신속한 수송 및 먼지 방지를 위한 포장 산업이 물류 자동화와 함께 최근 급속하게 발전하게 되었으며, 이러한 포장 산업은 기존의 폴리에틸렌의 분자 특성을 이용하여 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 수지를 기본으로 한 수축 포장 또는 P.P. 밴딩, 철밴딩으로부터 시작하여 수지의 기계적 물성이 우수하면서 적은 수지량으로 보다 많은 포장물을 포장할 수 있는 LDPE, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 초저밀도폴리에틸렌(VLDPE) 제품으로까지 지속적으로 개발되어 왔다.
종래 연신 포장 필름은 그 원료로서 LDPE, LLDPE 및 첨가제를 혼합하여 단층 취입 필름으로 압출하였으나, LLDPE 및 LDPE를 사용할 경우 필름의 강도 및 연신이 불량하며 또한 투명성이 떨어져 몇 겹의 연신 포장시 포장 필름안의 내용물을 정확히 파악할 수 없는 문제점이 있었으며, 또한 단층 압출을 하기 때문에 점착성을 부여하는 점착제가 필름의 내부 및 외부로 이행되어 점착성을 떨어뜨리며 필름 내면으로 이행된 점착제는 포장 필름 사용시 풀림성을 불량하게 하고 소음 및 정전기를 심하게 발생시켜 작업성을 떨어뜨린다.
본원에서의 연신 필름이란 용어는 10 내지 100 ㎛의 얇은 필름으로 신장시켜 일정한 내용물을 보관 및 운송함에 있어 외부로부터 오염을 방지하고 적하시 파손을 방지하는 등의 포장을 목적으로 사용되는 필름으로서 다음과 같은 성질을 필수적으로 가지고 있어야 한다:
(1) 연신성
포장 내용물의 안정한 포장 및 운반시 흐트러짐이 없게 하기 위해서 필름이 잘 당겨지는 우수한 연신 물성이 요구된다.
(2) 탄력성
우수하게 연신된 필름이 반대로 어느 정도의 탄성도를 가져 필름 내부의 포장물을 안전하게 감싸주어야 한다.
(3) 강도
돌출 부위의 안전한 포장, 포장물 이송시 충격 및 이물질과의 마찰시 우수한 타공강도, 인열강도 및 충격 강도를 지녀 내용물 추락을 방지해야 한다.
(4) 투명성 및 광택도
포장 필름으로 포장된 필름이 투명하고 광택이 좋아야 내용물을 육안으로 확인할 수 있으며, 내용물의 광고 효과와 상품의 가치를 극대화할 수 있다.
(5) 점착성 및 풀림성
얇은 두께의 포장 필름으로 내용물을 포장할 경우 일정한 점착성을 지녀야 하며, 신장된 상태에서 내용물을 안전하게 보호하여야 한다. 너무 과다하게 점착성을 지닐 경우 포장전 자동 포장기계에서 필름을 풀 때 필름끼리 달라붙어 과다한 하중 부여로 인한 전기료 상승과 동시에 소음이 나서 작업성을 떨어뜨린다.
(6) 대전성
산업용 연신 필름의 경우 얇은 필름이 대부분이며 또한 고온 가공 및 점착제를 사용하여 정전기 발생이 심하므로 대전성이 우수하여야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 필름강도 및 투명성이 보다 우수하여 내용물을 보다 안전하고 투명하게 포장할 수 있으며, 단층 압출보다는 공압출을 이용하므로 점착제의 적정 함량 사용이 가능함과 동시에 적절한 점착성 부여와 더불어 필름의 풀림성이 우수하고 대전성이 우수한 연신 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명에서는
(A) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체를 포함하는 제 1 층;
(B) (a) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체 60 내지 95 중량%, 및 (b) 밀도가 0.860 내지 0.910 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 3 내지 12의 α-올레핀의 공중합체 40 내지 5 중량%, 및 상기 (a)와 (b)의 총량에 대하여 폴리부텐 3 내지 10 중량% 및 계면활성제 0.5 내지 5 중량%를 포함하는 제 2 층; 및
(C) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체, 또는 밀도가 0.860 내지 0.910 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 3 내지 12의 α-올레핀의 공중합체를 포함하는 제 3 층으로 이루어진 폴리에틸렌계 다층 필름을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 3층 필름은 바깥층으로서 제 1 층, 중간층으로서 제 2 층, 및 안층으로서 제 3 층으로 구성되며, 제 1 층에 LLDPE를 포함하고 제 2 층에 LLDPE, VLDPE, 폴리부텐 및 계면활성제를 포함하며 제 3 층에는 LLDPE 또는 VLDPE를 포함한다.
제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층을 구성하는 LLDPE 성분은 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤ 이고, 0.895 내지 0.920 g/㎤가 바람직하다. 이 성분의 밀도가 0.890 g/㎤ 미만인 경우 필름의 강성이 낮고 블록킹을 일으키기 쉬우며 0.925 g/㎤를 초과하는 경우 신율 및 내충격강도가 저하되는 경향이 있다.
LLDPE의 용융 지수는 1 내지 50 g/10 분, 바람직하게는 2 내지 30 g/10 분의 범위에 있는 것이 바람직하다. LLDPE의 용융지수가 1 g/10 분 미만인 경우, 상기 공중합체의 용해점도가 높아지므로 성형성을 저하시키고, 50 g/10 분을 초과하면 용융 점도가 너무 낮아서 성형성을 저하시킬 뿐 아니라, 필름의 기계적 강도가 저하되는 경향이 있어 바람직하지 않다.
상기 LLDPE의 원료 공단량체로 사용되는 α-올레핀으로는, 예를 들어 부텐-1, 펜텐-1, 헥센-1, 노넨-1, 데센-1, 도데센-1, 테트라데센-1, 옥타데센-1, 4-메틸펜텐-1, 4-메틸-헥센-1, 4,4-디메틸펜텐-1, 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있으며, 이중에서 탄소수 4 내지 12의 α-올레핀이 바람직하고, 옥텐-1이 더 바람직하다.
LLDPE 성분은 전이금속 촉매를 사용하는 소위 중, 저압법에 의해서, 에틸렌과 α-올레핀을 목적하는 밀도가 되도록 하는 비율로 중합시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때, 원하는 용융지수를 갖기 위해서 연쇄이행제의 종류 및 양이 적당히 선택된다. 중합 방법으로서는 슬러리 중합법, 기상 중합법, 용액중합법 등 여러 가지 방법을 사용할 수 있다.
한편, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층을 구성하는 저결정성 VLDPE 성분은 밀도가 0.860 내지 0.910 g/㎤이고, 0.880 내지 0.910 g/㎤가 바람직하다. 이 성분의 밀도가 0.860 g/㎤ 미만인 경우 필름의 강성이 낮고 블록킹을 일으키기 쉬우며, 0.910 g/㎤를 초과하는 경우 필름의 투명성 향상 효과가 충분히 발휘되지 않을 수 있으며 점착제 및 계면활성제의 이행이 저하되는 경향이 있다.
저결정성 VLDPE의 용융지수는 0.5 내지 50 g/10 분이고, 1 내지 20 g/10분이 바람직하다. 용융 지수가 0.5 g/10 분 미만이면 용융 점도가 높아서 성형성이 떨어지고, 30 g/10 분 초과하면 용융도가 너무 낮아서 성형하기 어렵고 기계적 강도도 저하되는 경향이 있어 바람직하지 않다.
VLDPE의 원료 공단량체로 사용되는 α-올레핀으로는, 예를 들면 프로필렌, 부텐-1, 펜텐-1, 헥센-1, 옥텐-1, 노넨-1, 데센-1, 도데센-1, 테트라데센-1, 옥타데센-1, 4-메틸펜텐-1, 4-메틸헥센-1, 4,4-디메틸펜텐-1 등 또는 이의 혼합물 등을 들 수 있으며, 이중에서 탄소수 3 내지 12의 α-올레핀이 바람직하고 헥센-1이 더 바람직하다.
VLDPE 성분은 밀도가 낮고 분자량 분포가 매우 협소한 에틸렌과 부텐-1, 헥센-1 및 옥텐-1과의 신규 공중합체이다. 저밀도는 높은 함량의 부텐-1, 헥센-1 및 옥텐-1을 사용함으로써 얻을 수 있다.
매우 협소한 분자량 분포를 가진 VLDPE는 미합중국 특허 제 5,055,438 호에 기재된 형의 주기율표 IV족 B(문헌 [CRC Handbook of Chemistry and Physics, 68th ed. 1987-1988])의 메탈로센 유형(티타노센 & 지르코노센) 전이금속 화합물 촉매를 알룸옥산 조촉매와 함께 사용하여 얻을 수 있는데 이 촉매계는 2 내지 4의 극도로 좁은 MWD와 함께 10 만 내지 11 만의 높은 중량 평균 분자량을 갖고 고강도 특성을 나타내며 n-헥산 추출물 함량이 매우 낮은 중합체를 생성한다.
특히 바람직한 VLDPE는 미국 엑손(EXXON)사 제품의 EXACT 3037 등의 고분자량 VLDPE 수지이다. 이 수지는 밀도가 0.900 g/㎤이며, 용융흐름이 2.22 g/10 분(ASTM D1238 상태 190 ℃)이다. 바람직한 VLDPE 수지는 분자량(즉, 용융지수가 비교적 낮음)이 높고, 분자량 분포(즉, 유속 비가 적음)가 특히 좁으며, 결정화도(Crystallinity)가 비교적 낮은 물성에 특징이 있다.
본 발명의 다층 필름의 중층인 제 2 층은 LLDPE 성분 60 내지 95 중량%와 VLDPE 성분 40 내지 5 중량%로 배합되는 것이 필요하다. VLDPE 성분의 배합량이 5 중량% 미만이면 투명성 향상 효과가 충분히 발휘되지 않고, 40 중량%를 초과하면 성형성이 저하되는 경향이 있다.
필름의 점착성을 위해 제 2 층에 포함되는 폴리부텐으로는, 200 내지 500의 점도 및 660 내지 3060의 분자량을 갖는 폴리부텐이 연신 포장 필름용으로 가장 적합하며, 분자량이 클수록 점착성은 상대적으로 우수하다.
본 발명에서는 점착제 주입시 수지의 결정화도 차이를 이용(연신 필름에 적용되는 점착제의 경우 PE와 상용성이 없기 때문에 필름 압출시 표면으로 이행되는데 결정화도가 높은 부분에서 낮은 부분으로 이행하는 원리를 이용)하여 삼중 필름의 중층에 점착제를 첨가하여 안층(내층)으로 이행시킴으로써 원하는 층(내층)에만 점착성을 부여할 수 있다.
또한 점착제만 첨가할 경우 얇은 포장 필름의 풀림성이 불량함과 동시에 정전기가 발생되어 작업성이 떨어지는 문제가 생기기도 하는데, 이를 개선하기 위해 본 발명에서는 글리콜 모노스테아레이트(ICI 사의 Atmer 100 제품) 등의 계면활성제를 0.5 내지 5 중량%의 양으로 포함한다. 따라서 본 발명의 3층 필름은 적당한 점착성과 더불어 풀림성(소음 발생) 및 정전기 발생 문제가 없다.
또한 폴리에틸렌에 첨가되는 첨가제는 주위 온도가 높을수록 이행이 잘 되므로 포장 필름을 겨울철에 제조하는 경우 주위 온도가 낮기 때문에 점착제의 이행성이 불량하여 점착성을 떨어지게 하는 경향이 있으므로 겨울철 점착성을 보다 우수하게 하기 위해서는 적정한 온도 및 시간(50 ℃, 24 시간)에서 필름을 숙성시켜 점착제의 이행을 도와 점착성을 보다 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다층 필름에 있어서의 각 층의 두께비에 대해서는, 제 1 층: 제 2 층: 제 3 층의 두께 비는, 제 1 층과 제 3 층의 두께가 같고 통상 2:96:2 내지 40:20:40이며, 3:94:3 내지 30:40:30가 바람직하다. 또한 다층 필름의 전체 두께는 통상 10 내지 100 ㎛, 바람직하게는 20 내지 50 ㎛, 더 바람직하게는 20 내지 30 ㎛의 범위에서 선택된다.
본 발명의 다층 필름의 제조 방법에 대해서는 특히 제한은 없고, 종래 다층 필름의 제조에 관용되고 있는 방법, 예를 들면 인플레이션 필름성형법이나 T-다이 필름 성형법 등을 사용할 수 있다. 이 때 수지 온도는 통상 200 내지 300 ℃의 범위에서 선택되고, 성형된 필름의 냉각에는 T 다이 성형법의 경우 통상 칠로울 방식이 사용되고, 인플레이션 성형법의 경우 공기 냉각방식이 사용된다. 칠로울 방식의 경우 제 2 층이 로울면에 접하도록 하는 것이 필요하다.
냉각 온도는 통상 20 내지 80 ℃, 바람직하게는 30 내지 70 ℃의 범위에서 선택된다. 냉각온도가 20 ℃보다 낮으면 필름의 강성이 저하되거나, 취급성이 나빠질 염려가 있고, 또한 80 ℃보다 높으면 성막성이나 필름의 외관이 나빠질 염려가 있고 바람직하지 않다.
본 발명의 다층필름에 있어서는 각 층의 어느 층이나 또는 전체 층에 필요에 따라 산화방지제, 광안정제, 열안정제, 항블록킹제, 활제, 촉매중화제(염소흡수제), 방담제, 대전방지제 등의 통상 폴리에틸렌계 필름에 사용되고 있는 각종 첨가제를 첨가할 수 있다. 산화방지제로서는, 페놀계나 인계의 것을 바람직하게 들 수 있으나, 특히 이들의 병용이 바람직하다. 페놀계 산화방지제로서는, 예를 들면 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀, 트리스(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시벤질)이소시아누레이트(시바가이기사 제품 Irganox 3114), 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), n-옥타데실-3-(3',5'-디-t-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오네이트(시바가이기사 제품 Irganox 1076), 4,4"-티오비스(3-메틸-6-t-부틸페놀), 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-t-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄(시바가이기사 제품 Irganox 1010), 4,4'-부틸리덴비스(3-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-에틸-6-t-부틸페놀), N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시하이드로신나미드) (시바가이기사 제품 Irganox 1098) 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3'-t-부틸-5'-메틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트], 비스(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시포스폰산에틸)칼슘과 PE 왁스와의 혼합물(중량부 1:1)(시바가이기사 제품 Irganox 1425ML) 등을 들 수 있다.
인계 산화방지제로서는 예를 들면 디스테아릴펜타에리트리톨디포스페이트(아데가·아가스사 제품 MAR·KPEP-8), 테트라키스(2,4-디-t-부틸페닐), 4,4'-비페닐렌디포스페이트(산드사 제품 Sandostabp-EPQ), 트리스노닐페닐포스페이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트(아데가·아가스사 제품 MAR·KPEP-8), 테트라키스(2,4-디-t-부틸페닐), 4,4'-비페닐렌디포스페이트(산드사 제품 Sandostabp-EPQ), 트리스노닐페닐포스페이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트(아데가·아가스사 제품 MARK 2112)디(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨이포스페이트(아데가·아가스사 제품 MARKPEP-36) 등을 들 수 있다.
광안정제로서는, 예를 들면 살리실에이트계, 벤조페논계, 트리아졸계, 옥살산아닐리드계, 힌더드아민계 등이 사용된다. 항블록킹제로서는, 예를 들면 천연 실리카, 합성 실리카, 제올라이트, 비정질 제올라이트, 규조토 등을 들 수 있으나, 이들중에서 특히 규조토가 바람직하다.
풀림성 방지제로서는, 예를 들면 솔비탄 지방산 에스테르 및 글리세롤 지방산 에스테르이다.
본 발명과 관련하여 실시예를 상술하면 다음과 같다.
실시예 1
안층(3 ㎛)으로서 엑손사 제품 SLP 9074(1.2 MI, 0.900 밀도, 삼원 공중합체)의 VLDPE 9 %, 중간층(14 ㎛)으로서 상기 제품 SLP 9074 5% 및 럭키 LLDPE FB 1010(1.0 MI, 0.919 밀도의 부텐 공단량체)의 LLDPE 77 %의 혼합물(고원물산 제품의 폴리이소부텐 점착제 4 %와 ICI 사 Atmer 100 제품 1 % 포함), 및 바깥층(3 ㎛)으로서 LLDPE 9 %로 이루어진 조성물을 인플레이션 필름용으로 압출하였으며, 겨울철의 경우 점착제의 효과적인 이행을 위하여 50 ℃에서 24 시간 숙성시켜 3 층 필름을 제조하였다. 이 필름은 연신 포장 필름용으로 적합하였으며, 특히 필름의 강도, 투명도, 점착성, 풀림성 및 대전방지성이 우수하였다.
실시예 2
안층(3 ㎛)으로서 엑손사 제품 EXACT 3037(2.2 MI, 0.900 밀도, 헥센 공중합체)의 VLDPE 9 %, 중간층(14 ㎛)으로서 상기 제품 EXACT 3037 5% 및 럭키 기술선FB2500(2.5 MI, 0.917 밀도의 부텐 공중합체)의 LLDPE 77 %의 혼합물(고원물산 제품의 폴리이소부텐 점착제 4 %와 ICI 사 Atmer 100 제품 1 % 포함), 및 바깥층(3 ㎛)으로서 LLDPE 9 %로 이루어진 조성물을 T-다이용 압출기를 사용해 압출하고 50 ℃에서 24 시간 숙성시켜 3 층 필름을 제조하였다. 이 필름은 연신 포장 필름용으로 적합하였으며, 특히 인플레이션 밀도가 높기 때문에 점착제의 사용이 다소 많으나 투명성이 보다 우수하였고 강도, 점착성 및 풀림성도 우수하였다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 연신성, 탄성, 필름강도, 점착성, 대전성 및 풀림성이 우수한 산업용 다층 연신 포장 필름을 제조할 수 있다.

Claims (11)

  1. (A) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체를 포함하는 제 1 층;
    (B) (a) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체 60 내지 95 중량% 및 (b) 밀도가 0.860 내지 0.910 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 3 내지 12의 α-올레핀의 저결정성 공중합체 40 내지 5 중량%, 및 상기 (a)와 (b)의 총량에 대해, 200 내지 500의 점도 및 660 내지 3060의 분자량을 갖는 폴리부텐 3 내지 10 중량% 및 계면활성제 0.5 내지 5 중량%를 포함하는 제 2 층; 및
    (C) 밀도가 0.890 내지 0.925 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합체, 또는 밀도가 0.860 내지 0.910 g/㎤인, 에틸렌과 탄소수 3 내지 12의 α-올레핀의 저결정성 공중합체를 포함하는 제 3 층으로 이루어진 폴리에틸렌계 다층 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 α-올레핀이 부텐-1, 헥센-1 또는 옥텐-1인 필름.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 α-올레핀이 옥텐-1이고, 폴리에틸렌 주쇄에 분지 연결되어 있는 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저결정성 공중합체가 주기율표 IV족 B의 메탈로센형 전이금속 성분 촉매와 알룸옥산 조촉매 존재하에 중합된 것인 필름.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 저결정성 공중합체가 2 내지 4의 MWD와 100,000 내지 110,000의 중량 평균 분자량을 갖는 것인 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 α-올레핀 공중합체의 용융지수가 1 내지 50 g/10 분이고 상기 결정성 공중합체의 0.5 내지 50 g/10 분인 필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 제 3 층의 두께가 동일하고, 제 1 층: 제 2 층: 제 3 층의 두께비가 2:96:2 내지 40:20:40 인 필름.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층중 하나 이상의 층이 풀림성 방지제를 포함하는 필름.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 풀림성 방지제가 솔비탄 지방산 에스테르 또는 글리세롤 지방산 에스테르인 필름.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 계면활성제가 글리콜 모노스테아레이트인 필름.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 필름의 두께가 20 내지 30 ㎛인 필름.
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