KR100500704B1

KR100500704B1 - 플라스틱필름 성형용 마스터뱃치 생산에 사용되는무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물

Info

Publication number: KR100500704B1
Application number: KR10-2001-0001044A
Authority: KR
Inventors: 정진
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2001-01-08
Filing date: 2001-01-08
Publication date: 2005-07-11
Also published as: KR20020059896A

Abstract

본 발명은 플라스틱필름 성형용 마스터뱃치 생산에 사용되는 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 무기물 충전제 습식 케이크와 용융상태의 계면활성제를 적절한 비율로 혼합교반하며 고온 감압조건 하에서 완전히 탈수시킨 다음, 상온하에서 고형화시켜 케이크 또는 프레이크 형태로 만들어 이를 마스터뱃치 제조에 사용하는 방법을 제공하며, 본 발명 방법에 의해 종래의 규폐증 발생을 근본적으로 해결할 수 있을뿐만 아니라, 마스터뱃치 전반적 제조공정을 간편하고 경제적으로 단순화시킴으로써 필름 생산성을 향상시킬 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

플라스틱필름 성형용 마스터뱃치 생산에 사용되는 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물{Composition for the production of a master batch}

본 발명은 플라스틱필름 성형용 마스터뱃치 생산에 사용되는 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 플라스틱 필름 제조시 충전제로 사용되는 실리카 계통 화합물의 미립자로 인해 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치 생산 작업장에서 발병할 가능성이 매우 높은 규폐증의 원인을 근본적으로 제거하기 위한 무분진성 조성물 및 그를 이용한 간편하고 경제적인 마스터뱃치 및 플라스틱 필름의 제조방법에 관한 것이다.

근래 농업의 시설재배 면적이 점증함에 따라 그린하우스에 사용되는 필름의 생산량이 증가하고 있으며 더욱이 수출의 증대에 힘입어 그 증가폭은 더욱 확대될 전망이다. 플라스틱수지로 성형된 필름은 우수한 기계적 특성(인장강도, 인열강도등)과 광학적 특성(광투과도, 굴절율 등)을 갖추어야 하며, 그것은 주로 기본수지의 화학적, 물리적 성질에 의해 일차적으로 결정된다.

그린하우스용 필름인 경우에는 이밖에도 몇가지 특성이 부가적으로 고려되어야 하는데, 특히 장기간 노지 노출상태에서 최대한 물성을 유지할 수 있는 내후성과 필름표면에 물방울의 맺힘을 억제하는 습윤성(무적성)이 요구된다. 이러한 수지 외적인 요인에 의해 지배되는 성질들은 일반적으로 적절한 첨가제에 의해 부여된다. 예컨대, 자외선차단제나 광안정제 및 항산화제 등의 첨가제로 필름의 내후성은 현저히 향상되며, 계면활성제의 첨가 내지 표면점착을 통해 높은 무적성을 보유하도록 할 수 있다. 한편, 적절한 입자크기의 광물성 충전제를 첨가함으로써 소위 적외선 베리어 효과(IR barrier effect)를 통해 필름의 야간 보온성을 높이기도 한다.

이와 같은 첨가제들은 유화업체에서 농업용 수지 생산과정에 미리 적정농도로 첨가한 상태로 제조된 수지를 공급하거나, 또는 필름생산자가 일단 고농도 첨가제가 함유된 마스터뱃치(master batch)를 만든 다음 이를 기본수지와 일정한 비율로 혼합하여 필름을 성형하는 방법으로 사용하고 있다. 그러나 필름 생산자가 마스터뱃치를 직접 제조하여 사용하기 보다는 전문업체에서 생산한 마스터뱃치 상품을 구입하는 경우가 보다 일반적이다.

근년에 들어서 단층필름보다는 층마다 수지조성, 무적성, 내후성, 및 보온성 을 조절할 수 있는 장점 때문에 적층필름의 사용이 보편화되고 있다. 필름 생산자나 수요자의 입장에서 볼 때 일정한 농도의 첨가제가 획일적으로 첨가된 수지보다는 첨가제의 양과 종류를 필요에 따라서 임의로 결정할 수 있는 마스터뱃치의 사용이 기능성 필름의 생산에 보다 적합하다. 이런 관점에서 볼 때 마스터뱃치의 수요는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 농업용 필름 성형에 사용되는 마스터뱃치의 종류는 매우 다양하나 수요량의 측면에서 본다면 무적제, 내후제, 보온제 마스터뱃치들이 대부분을 차지하고 있으며 그 중에서도 무적제 마스터뱃치의 수요량이 가장 크다.

현재 무적보온제 마스터뱃치 제조의 경우 가열 및 진공에 의해 물을 제거한 계면활성제 최종제품과 규산알루미늄 겔의 슬러리를 합성하고, 탈수, 세척, 및 탈수를 반복하여 가용성 염이 완전히 제거된 습식 케이크를 회수한 다음, 건조, 분쇄하여 제조한 겔파우더 및 펠렛형태의 수지를 마스터뱃치 생산업자가 각 제조업체로 부터 따로 구입하여 이들을 일정 배합비율로 혼합하여 니더와 압출기로 구성된 통상적인 제조장치를 이용하여 마스터뱃치를 생산하고 있다.

그러나, 실리카계통의 화합물을 포함하는 무적보온제 마스터뱃치의 생산과정에는 심각하게 고려하고 해결해야 할 작업환경상의 문제가 있다. 그것은 작업자들이 규폐증(silicosis)의 원인물질인 다량의 실리카(또는 규산화합물)분진에 노출될 가능성이 매우 높다는 사실이다.

통상적으로 백카본(white carbon)이라고 부르는 실리카겔 파우더는 계면활성제와 같은 지성(lipid)첨가제를 다량 함유한 마스터뱃치를 생산할 때, 그리고 이로부터 필름을 성형할 때 작업성(processibility)을 높이기 위하여 충전제로써 널리 사용하고 있으며, 수지의 투명성을 크게 해치지 않으면서도 적외선 배리어 효과를 보이기 때문에 필름의 보온성을 높이기 위하여 사용하기도 한다. 백카본 이외에도 카오린이나 규조토와 같은 실리카 계통의 천연광물질 파우더를 동일한 목적으로 사용할 수 있다. 합성 실리카겔이거나 천연실리카 내지 다른 계통의 광물질 파우더이거나 간에 농업필름용 마스터뱃치의 생산에 쓰이기 위해서는 평균입자 크기가 수미크론 또는 그 이하의 미세한 입자상태이어야 하며 특히 무적제의 마스터뱃치 생산시에는 흡유성이 높아야 하므로 용적대비 표면적이 매우 큰 입자이어야 한다. 예컨대, 실리카겔 파우더 100g 당 흡유량 300g인 경우에 입자의 표면적은 1 g당 약 250㎡ 정도는 되어야 한다. 이는 입자의 비중이 극히 낮음을 의미하며, 따라서 건조된 분말상태에서는 미세한 기계적 충격에 의해서도 분진의 날림 현상이 심하게 일어난다.

국내특허출원 제93-5674호(1993. 4. 6 출원; 발명의 명칭 : 마스터배치 및 그 제조방법) 명세서에는 원하는 색상의 안료와 폴리에틸렌 왁스, 에틸렌 비스아마이드의 일정량을 가열혼합기내에 투입하여 가열과 동시에 회전, 혼합시키는 단계와 혼합 및 가열이 완료된 재료를 압축기내로 이송, 설정된 고압으로 압출시켜 2m/m정도의 직경이 되도록 가공하는 단계와, 혼합, 가열 및 압출이 완료된 재료를 고온의 절단기를 이용하여 2m/m 길이로 절단하는 단계로 이루어지는 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치의 제조방법에 관해 개시되어 있으나, 현재 필름의 야간 보온성을 위하여 충전제로 사용되는 실리카 계통의 천연광물질 파우더에 대한 언급은 없다.

또한, 국내특허등록 제96-5589호(1993. 5. 25 출원; 발명의 명칭 : 마스터배치의 새로운 제조방법과 그에 의해 제조된 마스터배치) 명세서에는 무기 발포제인 구연산과 중탄산나트륨이 서로 접촉하면 반응이 일어나므로 통상적인 방법으로 혼합 압출하여서는 마스터배치를 제조할 수 없는 문제점을 해결하기 위해 직접 접촉시 반응하는 2종 이상의 구성성분을 포함하는 마스터배치의 제조방법에 있어서 구성 성분 중 어느 하나의 중간 마스터배치를 제조한 후, 이를 사용하여 최종 마스터배치를 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 기재물질에 무기발포제, 경우에 따라 왁스, 미끄럼제 및 활제 등과 같은 첨가제를 함유하는 마스터뱃치를 제조할 뿐 이 또한 현재 공정에 충전제로 사용되는 실리카 계통의 천연광물질 파우더에 대한 언급은 없다.

현재에 이르러, 합성 실리카겔이나 천연 광물질 파우더의 생산은 일반적으로 자동화되고 차폐된 시설에서 이루어지기 때문에 포장 및 운송과정에서 분진발생 가능성은 작다고 볼 수 있지만, 이를 구입하여 마스터뱃치의 생산에 사용하는 작업자의 입장에서는, 포장의 개봉, 필요한 양의 칭량, 수지와의 혼합 등 제과정을 거치는 동안에 작업공간의 대기중에 고농도로 부유하는 분진에 노출되는 위험스러운 상황에 처하게 된다. 물론 집진기를 설치하고 마스크를 상시 착용함으로써 위험의 정도를 어느 수준 줄일 수는 있으나 분진이 2-3㎛이면 마스크를 착용해도 폐로 흡입될뿐만 아니라, 여름은 작업장이 더워 질병발생에 대한 경각심없이 마스크를 벗기도 하여 근본적인 해결책은 제시되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명자는 상기와 같은 마스터뱃치 생산시에 부유하는 분진에 의해 발생하는 규폐증을 근본적으로 해결하기 위하여 연구시험한 결과, 종래 방법과는 달리 무기 광물질 충전제 습식 케이크와 용융상태의 계면활성제를 적절한 비율로 혼합교반하며 고온 감압조건 하에서 완전히 탈수시킨 다음, 상온하에서 고형화시켜 케이크 또는 프레이크 형태로 만들고, 상기 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 고형 조성물 및 수지를 이용하여 마스터뱃치를 제조한 후, 이를 다시 플라스틱 필름 제조에 사용하여 종래 필름과 유사한 필름을 경제적으로 제조하면서도 분진발생에 따른 규폐증 발생을 근본적으로 해결하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치 제조시 분진 발생을 근본적으로 해결하여 규폐증 발생을 제거하기 위한 무기물 충전제 습식 케이크 및 계면활성제 혼합 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용한 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 마스터뱃치를 이용한 플라스틱 필름 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

본 발명은 플라스틱필름 성형용 마스터뱃치 생산에 사용되는 무분진성 무기물 충전제와 계면활성제 혼합 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 실리카겔 또는 불용성 규산염 겔을 포함하는 습식 케이크 와 계면활성제 생산과정에서 생기는 용융상태의 다가알콜 지방산에스테르(또는 다가알콜 지방아민)을 적절한 비율로 혼합하고 교반하며 고온 감압조건 하에서 완전히 탈수시킨 다음, 상온하에서 고형화시켜 케이크 또는 프레이크(flake)의 형태의 무분진성 무기물 충전제와 계면활성제 혼합 조성물을 제조한 후, 이를 이용하여 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치를 제조하는 것을 특징으로 한다.

보다, 구체적으로 종래 마스터뱃치 제조방법과는 달리 분진발생의 위험이 전혀 없는 본 발명 플라스틱 필름의 전반적인 제조방법은 다음과 같다.

먼저, 본 발명 플라스틱필름 성형용 마스터뱃치 제조에 사용되는 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물 제조방법은 바람직하게는 (a) 물유리와 가성소다 혼합물의 수용액과 황산알루미늄 수용액을 상온하에서 각각 일정한 속도로 혼입시키며 교반하여 규산알루미늄 겔의 슬러리를 합성하고, 탈수, 세척, 및 탈수를 반복하여 가용성 염이 완전히 제거된 무기물 충전제인 습식 케이크(고형분 약40%내외 및 수분 약 60%내외)를 제조하는 단계; (b)지방산 및 다가 알코올의 에스테르화 반응에 의해 용융상태의 다가알코을 지방산 에스테르 또는 다가알코올 지방아민(용융상태의 계면활성제)을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 과정에 의해 제조된 무기물 충전제(습식케이크) 및 계면활성제를 일정 비율로 혼합하고 교반하며 고온 감압조건 하에서 완전히 탈수시킨 다음, 상온하에서 고형화시켜 케이크 또는 프레이크 형태로 제조하는 단계를 포함한다. 상기 (c) 단계에 있어서 바람직하게는, 혼합 조성물은 계면활성제 및 무기물 충전제를 고형분 기준으로 2:8 내지 9:1 범위의 비율로 혼합하여 조성될 수 있다. 즉, 본 발명 케이크 또는 프레이크 형태의 무분진성 계면활성제 및 무기물 충전제 조성물은 고형분 기준 2:8 내지 9:1 범위내에서 조성되고 마스터뱃치 제조나 필름 성형시에 사용될 수 있다.

다음, 상기 과정에 의해 제조된 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물을 이용하는 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치 제조방법은 상기 케이크 또는 프레이크에 바람직하게는 (d)저밀도 폴리에틸렌(LDPE)수지 또는 에틸렌-비닐아세테이트 (EVA)수지와 같은 열가소성 수지를 약 2:8(w/w)의 비율로 섞어서 통상적인 공업적 방법으로 마스터뱃치를 제조하는 단계를 추가로 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 케이크와 열가소성 수지를 일정 비율로 각각 마스터뱃치 생산용 니더에 넣고 가공온도 140 ℃에서 13 - 15분간 반죽(kneading) 한 후 압출기에 옮겨 180℃에서 일정 압출속도, 바람직하게는 분당 3 kg 정도로 유지하여 압출하며, 55 ℃의 냉각수에서 절단하여 마스터뱃치를 제조한다

상기와 같이 제조된 케이크 또는 프레이크 제품은 무기겔의 조성비가 약 70%를 넘지 않는 한 정상적인 작업조건 하에서는 분진의 발생이 전혀 일어나지 않는 효과가 있다.

이에 반해, 종래 마스터뱃치 생산자는 (1)다가알콜과 지방산을 고온반응시켜 에스테르를 합성하고, 고온감압조건하에서 반응생성물의 하나인 물을 증발시켜 제거한다음, 융점이 상온 이상의 에스테르인 경우는 프레이크 형태로 제조된 계면활성제와, (2) 물유리와 가성소다 혼합물의 수용액과 황산 또는 황산알루미늄 수용액을 상온하에서 혼합 교반하여 실리카 또는 규산알루미늄 겔의 슬러리를 합성하고, 탈수, 세척, 및 탈수를 반복하여 가용성 염이 완전히 제거된 습식 케이크를 회수한 다음, 건조하고 분쇄함으로써 제조된 실리카 또는 규산알루미늄 [(SiO₂)x(Al₂O₃)]겔파우더와 (3) 유화업체에서 생산한 펠렛(pellet)형태의 수지를 각각 구입하여 계면활성제 10-15%, 겔파우더 2-5%, 수지 88-80% 정도로 섞어서 니더(kneader)와 압출기(extruder)로 구성된 통상적인 제조장치를 이용하여 마스터뱃치를 생산하였으나, 이러한 생산과정에는 겔파우더 포대를 개봉하여 내용물을 덜어내고 칭량하며 계면활성제 및 수지와 섞고 니더에 가하는 등 제반 작업과정에서 심한 분진발생 및 그로 인한 규폐증 발생의 위험이 있었다.

그러나, 상기와 같이 습식 케이크 형태의 무기물 충전제 및 용융상태의 계면 활성제를 각각 제조 혼합한 후 고형 케이크 또는 프레이크 형태로 플라스틱 성형용 마스터뱃치 제조에 사용하는 본 발명에는 종래와 같이 작업장에서 마스크 착용 및 집진기 가동과 같은 분진 비산량 감소노력 및 규폐증 발생 위험이 전혀 없다.

한편, 종래 계면활성제 제품 및 겔파우더는 주로 별개의 제조업체에서 제조된 것을 구입하여 마스터뱃치 제조업자가 사용하는 편이었으나, 본 발명 방법으로 인해 에스테르화 반응을 거친 후 물을 제거하기 위해 가열, 건조하는 과정을 거칠 필요가 없이 물을 포함하는 액체 슬러리를 그대로 이용할 수 있으며, 또한 겔파우더 제조에 있어서 종래에는 물을 포함하는 파우더 슬러리를 건조 분쇄하여 분말형태로 사용하였으나 본 발명 방법으로 인해 그러한 수고와 분진발생 위험을 근본적으로 차단할 수 있기 때문에 한 업체 내에서도 필요한 재료만 구입하면 종래 방법보다도 휠씬 쉽고 간편하게 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치를 경제적으로 제조가 가능하게 되었다.

본 발명에 따른 마스터뱃치는 무적제, 보온제뿐만 아니라 필요에 따라 임의적으로 산화방지제, 열분해방지제, UV 흡수제, 가수분해방지제 등의 내후제, 착색제(염료, 색소), 대전방지제, 열전도체, 핵결정 형성 또는 개선제, 가소제, 방부제, 마찰감소제, 윤활제, 이형제, 난연제 및 난연보조제와 같은 종래 사용되었던 공지의 첨가제를 함유할 수도 있다. 이때, 이들 임의의 첨가제는 수지조성물의 고유한 특성에 역효과를 야기하지 않는 한정된 양으로 수지조성물과 배합되어져야 한다.

무적제란 필름표면의 습윤성을 향상시키는 효과를 보이는 화합물로서, 일반적으로 친수기와 소수기를 동시에 가지고 있는 계면활성제의 혼합물이 주성분이다. 예컨대, 폴리에틸렌은 탄소와 수소로 이루어진 비극성 고분자이며 물방울은 산소와 수소로 이루어진 극성분자이기 때문에 이들 비극성 및 극성물질은 근본적으로 친화력이 없다. 따라서, 폴리에틸렌은 표면장력이 작기 때문에 표면에 수증기가 응축할 경우 물방울의 응집력에 의해 물방울이 성장하게 되는데 물방울이 자라지 않게 하기 위하여 필름 표면에 극성기를 도입하여 표면장력을 감소시켜야만 한다. 이러한 역할을 하는 것이 무적제이며 폴리에틸렌 등의 수지와 무적제와의 적절한 사용성으로 표면장력을 증가시켜 필름표면에 물방울이 맺히지 않게 하고 이를 널리 분포시키는 성질을 무적성이라 한다. 이와 같은 필름의 무적성을 높이기 위해 사용되는 계면활성제로는 여러 가지 종류의 화합물들이 알려져 있으나, 그중 널리 사용되는 것으로는 친수기로써 글리세롤, 글리콜, 솔비톨 등 다가알콜과 소수기로써 탄소길이가 서로 다른 지방산들로 구성된 에스테르들의 혼합물을 들 수 있다. 무적제의 예로는 글리세롤 지방산 에스테르, 폴리글리세롤 지방산 에스테르 등이 있다. 예컨대, 무적제를 포함하는 무적제 마스터뱃치란 필름용 수지에 무적제와 충전제 및 임의적으로 열산화방지제나 색소를 첨가하여 제조한 펠렛형태의 성형물로서, 무적필름 생산시 사용하는 마스터뱃치를 의미한다. 기본수지의 종류, 필름의 사용시 기 및 기간에 따라서 계면활성제 혼합물의 성분과 구성비율은 조정될 수 있다.

보온제란 필름중에 분산되어있을 때 적외선 배리어 효과를 보임으로써 필름의 야간 보온성을 높이는 성질이 있는 미세한 무기물 입자(직경 10미크론 이내)이다. 즉, 낮 동안 저장된 열은 일몰 직후부터 적외선 형태로 방출되는데 보온제는 이러한 적외선 방출을 억제하는 효과가 있다. 예컨대, 보온제 마스터뱃치란 필름용 수지에 보온제 및 임의적으로 기타 소량의 다른 첨가제를 첨가하여 제조한 펠렛형태의 성형물로서, 보온필름 생산시 사용하는 마스터뱃치를 의미한다.

내후제란 광산화, 열산화, 산-알카리 또는 오염물에 의한 산화 등과 같은 필름의 산화에 의해 고분자의 분자사슬이 끊어져 수지의 분자량이 적어져 이로 인해 물성의 저하와 함께 기능이 상실하는 것을 억제하는 효과가 있는 화합물이다. 내후제로는 자외선 에너지를 흡수하여 고분자에 무해한 열에너지로 전환시키는 자외선 흡수제, 산화개시 중 생성된 고분자의 래디칼을 제거하여 안정화시키는 광안정제(대표적인 예로는 HALS) 등이 있다. 예컨대, 이러한 내후제를 포함하는 내후제 마스터뱃치란 필름용 수지에 내후제 및 임의적으로 기타 소량의 다른 첨가제를 첨가하여 제조한 펠렛형태의 성형물로서, 장수필름 생산시 사용하는 마스터뱃치를 의미한다.

본 발명 방법에 따라 제조가능한 무적보온제 마스터뱃치, 무적내후제 마스터뱃치는 무적보온필름, 무적장수 필름 등의 제조에 사용될 수 있다. 여기서, 무적보온제 마스터뱃치란 필름용 수지에 무적제와 보온제 및 필요에 따라서 기타 소량의 다른 첨가제를 첨가하여 제조한 펠렛형태의 성형물로서, 보온무적필름 생산시 사용하는 마스터뱃치를 의미하며, 무적내후제 마스터뱃치란 필름용 수지에 무적제, 내후제, 충전제 및 필요에 따라서 기타 소량의 다른 첨가제를 첨가하여 제조한 펠렛형태의 성형물로서, 무적장수필름 생산시 사용하는 마스터뱃치를 의미한다.

본 발명 플라스틱 필름 제조방법은 상기 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물을 이용한 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치 제조방법에 바람직하게는 (e) LDPE수지 또는 EVA수지와 같은 열가소성 수지를 대략 1:10 비율(w/w)로 혼합하여 필름을 성형하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명 마스터뱃치는 상기 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물과 당업계에 공지된 열가소성 수지, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리비닐 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 나이론, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 폴리메틸메타 크릴레이트 등과 이들 중합체를 구성하는 단량체 단위로 이루어진 관련 공중합체 및 이들의 중합체 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 한개 이상의 수지를 사용하여 제조될 수 있으며, 상기 마스터뱃치로부터 제조되는 최종적인 플라스틱 필름은 기재필름의 한쪽 또는 양쪽 면에 오버층을 피복 또는 적층하여 농업용 필름, 과일과 야채용 포장재 등에 사용될 수 있다.

상기와 같은 본 발명 방법에 의해 제조된 플라스틱 필름은 일반적 물성과 무적성에 있어서 관행의 방법에 의해 생산된 필름과 매우 유사한 특성을 갖기 때문에, 본 발명 방법은 종래 작업장에서 분진 비산으로 인한 규폐증 발생을 근본적으로 해결하는 한편, 플라스틱 필름 제조공정을 더욱 경제적으로 변화시킴으로써 생산성도 향상시킬 수 있으므로 종래의 마스터뱃치 제조공정을 대체할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

이하 실시예 들에서 본 발명의 구성 및 작용효과를 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적일 뿐 본 발명의 권리범위는 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명 조성물에는 무기물 충전제와 계면활성제 이외에도 당업자의 필요에 따라 광안정제, 항산화제, 슬립제 등 여러 가지 지용성 유기물들을 일정 혼합비율로 첨가하여 사용할 수도 있다.

실시예

본 발명 조성물 및 제조방법을 이용하여 성형한 플라스틱 필름의 투명성은 헤이즈미터(hazemeter)를 사용하여 측정한 값으로 나타냈고, 무적성은 다음과 같은 시험을 거쳐 평가하였다. 즉, 500cc 비이커 안에 물을 넣은 후 시험용 필름으로 덮고, 이를 30℃로 유지된 수조에 침지하여 햇볕이 있는 곳에 놓아 두었다. 일정기간 경과후에 무적상태를 경시적으로 관찰하여, 그 결과를 물방울 생성 없음(0 ), 국부적으로 물방울 생성(△) 및 전체에 물방울 생성(×)으로 구분하였다. 필름의 인장강도, 신장율, 및 인열강도는 필름물성측정용 유티엠 (UTM: universal test machine)을 이용하여 측정하였다.

실시예 1 : 계면활성제 제조

본 실시 예에서는 무적제의 대표적 에스테르 성분 중에 하나인 솔비톨 팔미테이트 (sorbitol palmitate)를 일례로 들어 그 생산공정을 기술한다. 80℃로 예열되어 있는 용량 1톤의 반응기에 솔비톨 130 kg, 팔미틴산 180 kg, 가성소다 1.1 kg 및 아인산 0.35 kg을 넣고 고순도의 질소가스하에서 교반하면서 온도를 상승시켜 235 ℃까지 올리고 4시간동안 반응을 지속시킨 다음, 120 ℃로 온도를 내리고 동일한 조건하에서 다음 과정을 위해 그대로 두었다 (냉각 후 측정한 최종생산량은 약 245 kg이다).

실시예 2 : 규산알루미늄젤 제조

물유리 (Na₂O 22-25%, SiO₂ 32-35%, 물불용분 0.2% 이하) 142 kg과 가성소다 16.5 kg을 500 L의 물에 녹인 수용액과 황산알루미늄 [Al₂(SO₄)₃· 15H₂O] 112 kg을 500 L의 물에 녹인 수용액을 각각 준비하였다. 500 L의 물을 미리 넣어 둔 3톤 용량의 반응기에 상기 두 용액을 각각 분당 1.1 L의 속도로 교반과 함께 가하여 규산 알루미늄겔을 생성시켰다. 이때 pH는 항상 5-6을 유지하도록 하였다. 반응이 종결되면 교반없이 1시간 동안 방치한 다음 원심분리기를 이용하여 탈수시키고 수회에 거쳐 충분한 양의 물로 세척, 탈수를 반복하여 최종적으로 습식 겔케이크 (함수량 55-60%) 123-130 kg을 회수하였다.

실시예 3 : 계면활성제 및 무기물 케이크 혼합물의 제조

상기 실시예 2에서 얻은 습식 겔케이크 전량을 상기 실시예 1에서 생산한 용융상태의 계면활성제 (245 kg)가 들어있는 반응기에 가한 다음 120℃ 감압조건 (진공펌프 이용)하에서 교반과 함께 물을 증발시켰다. 응결수가 더 이상 발생하지 않음을 확인한 다음 80℃로 온도를 내리고 LDPE 필름으로 만든 봉지에 13 kg 단위로 배출하여 상온하에서 냉각시켜 계면활성제와 겔이 고르게 분포된 건식 케이크를 만들었다.

실시예 4-1 : LDPE 마스터뱃치의 제조

상기 실시예 3에서 생산한 건식 케이크 13 kg과 LDPE 수지 50 kg을 각각 마스터뱃치 생산용 니더에 넣고 가공온도 140 ℃에서 13 - 15분간 반죽(kneading) 한후 압출기에 옮겨 180℃에서 압출속도를 분당 3 kg 정도로 유지하여 압출하였으며, 55 ℃의 냉각수에서 절단하여 LDPE 마스터뱃치를 제조하였다. 이와 같은 제조과정에서는 작업장내에 분진의 발생이 전혀 일어나지 않았을 뿐만 아니라 작업성의 개선효과(니딩시간 단축 및 압출량 증가)도 있었다.

실시예 4-2 : EVA 마스터뱃치의 제조

LDPE 수지 대신에 EVA (VA함량 12%) 수지를 사용하는 것을 제외하고는 실시 예 4-1과 동일한 방법으로 EVA 마스터뱃치를 생산하였다. 이 경우에도 역시 분진의 발생은 없었으며 작업성도 우수하였다.

실시예 5 : 플라스틱 필름의 제조

실시예 4-1에서 생산한 LDPE 마스터뱃치와 실시예 4-2에서 생산한 EVA 마스터뱃치를 여러 가지 수지들과 하기 표 1에 표시한 바와 같은 비율로 섞어서 두께 0.06 mm의 삼중적층필름을 성형하였다.

브라운 타입(blown-type) 압출기의 필름제조 작업조건은 주(主)수지가 LDPE인 경우, 실린더 온도 170-180℃, 다이스 온도 180-200℃ 이며, 주수지가 EVA인 경우, 실린더온도 160-170℃, 다이스온도 175-185℃ 이였다. 제조된 필름은 투명도가우수하고 무적성이 양호하였으며, 그 물성 측정결과는 하기 표 2와 같다.

비교실시예 4-1

실시예 3에서 생산한 건식 케이크 13 kg 대신에 솔비톨 팔미테이트 10 kg과 시판되는 실리카겔 파우더 (평균입자크기: 3 미크론내외) 3 kg을 LDPE 수지 50 kg에 섞어 쓰는 것을 제외하고는 실시예 4-1과 같은 방법으로 LDPE 마스터뱃치를 생산하였다. 이러한 생산과정에는 겔파우더 포대를 개봉하여 내용물을 덜어내고 칭량하며 계면활성제 및 수지와 섞고 니더에 가하는 등 제반 작업과정에서 심한 분진발생이 있었다. 작업장에 설치한 집진기의 가동으로 작업공간내 분진비산량을 다소 감소시키는 효과는 있었으나 완벽한 제거는 불가능하였다. 특히 파우더의 칭량과정에서 발생하는 분진에의 노출은 방독면을 착용하지 않는한 불가피하였다.

비교실시예 4-2

LDPE수지 50 kg 대신에 EVA (VA함량 12%) 50 kg을 쓰는 것을 제외하고는 비교실시예 4-1과 같은 방법으로 EVA 마스터뱃치를 생산하였다. 작업과정에서 분진발생 상황은 비교실시예 4-1의 경우와 동일하였다.

비교실시예 5

비교실시예 4-1 및 4-2에서 생산한 마스터뱃치를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 0.06 mm의 삼중적층필름을 성형하였다.

제조된 필름의 투명도, 무적성 및 일반 기계적 성질의 측정결과는 하기 표 2와 같다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명 방법에 의해 종래의 규폐증 발생을 근본적 으로 해결할 수 있을뿐만 아니라, 마스터뱃치 전반적 제조공정을 간편하고 경제적으로 단순화시킴으로써 필름 생산성을 향상시킬 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims

(a) 실리카나 불용성 실리카염을 포함하는 겔슬러리 또는 습식케이크(고형분 약 40%내외 및 수분 약 60%내외) 형태의 무기물 충전제를 제조하는 단계;

(b) 지방산과 알코올의 에스테르화반응에 의해 계면활성제를 제조하는 단계; 및

(c) 상기 (a)단계에 의해 제조된 무기물 충전제 및 상기 (b)단계에 의해 제조된 한 종류 이상의 계면활성제를 균질하게 혼합, 교반하며 고온 감압조건 하에서 완전히 탈수시킨 다음, 상온 하에서 고형화시켜 케이크 또는 프레이크 형태로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱필름 성형용 마스터뱃치 제조에 사용되는 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 계면활성제 및 무기물 충전제 중량혼합비율이 2:8 내지 9:1 임을 특징으로 하는 플라스틱필름 성형용 마스터뱃치 제조에 사용되는 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물의 제조방법.
제1항 또는 제2항의 방법에 의해 제조되는, 마스터뱃치 제조나 필름 성형시에 사용되는 케이크 또는 프레이크 형태의 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물.
제1항 또는 제2항에 기재된 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물 제조방법에,

(d)상기 (c)단계에 의해 제조된 고형 케이크 또는 프레이크 형태의 무분진성 무기물 충전제 및 계면활성제 혼합 조성물에 열가소성 수지를 혼합하여 통상적인 공업적 방법으로 마스터뱃치를 제조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형용 마스터뱃치의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 열가소성 수지가 폴리에틸렌, 폴리비닐 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 나이론, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들 중합체를 구성하는 단량체 단위로 이루어진 관련 공중합체 및 이들의 중합체 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 한개 이상의 수지인 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형용 마스터뱃치의 제조방법.
상기 제4항의 플라스틱 성형용 마스터뱃치의 제조방법에,

(e) 상기 (d)단계에 의해 제조된 플라스틱 필름 성형용 마스터뱃치에 열가소성 수지를 혼합하여 통상적인 공업적 방법으로 필름을 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름의 제조방법.