KR100507404B1 - 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름은 3∼5 ㎛의 평균 입자크기를 갖는 다공성(多孔性) 무기질 분말 입자를 양이온성 계면 활성제로 표면 처리하여 상기 다공성 무기질 분말 입자의 표면의 극성을 낮추고; 상기 표면 처리된 다공성 무기질 분말 입자 3∼10 중량%를 포함한 폴리에틸렌 수지 조성물로부터 폴리에틸렌 필름을 성형하고; 그리고 상기 성형된 폴리에틸렌 필름 상에 향기 입자를 스프레이(spray)하거나 또는 상기 성형된 폴리에틸렌 필름을 향기 욕조에 통과시켜 향기 입자를 상기 다공성의 무기질 분자의 다공 내에 침투시켜 제조되는 것을 특징으로 한다. 상기 다공성 무기질 분말 입자는 규조토, 펄라이트, 백토, 패각(조개껍질), 제올라이트 등이 바람직하고; 상기 양이온성 계면 활성제는 10∼20 개의 탄소수를 가지는 것이 바람직하다.

Description

방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름 및 그 제조 방법{Fragrant Polyethylene Film and Method of Preparing the Same}

발명의 분야

본 발명은 방향기능을 갖는 폴리에틸렌 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 향기 입자와 같이 분자량 500 이내의 저분자 물질을 포집한 후 다시 이들을 확산시킬 수 있는 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

향기 입자들은 분자량 500 이내의 휘발성 물질로서 사람의 후각을 자극하여 정서적 안정감, 긴장 이완, 혈액 순환에 도움을 줄 수 있으므로, 삶의 질 향상과 관련하여 요즘 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 보통 숲 속에 들어가면 매우 상쾌한 느낌을 갖게 된다. 왜냐하면 숲 속의 초목들은 해로운 미생물의 접근을 막기 위하여 공기 중에 또는 땅 속에 "phytonicide"라는 독특한 향기 물질을 발산하는데, 이 향기 물질이 살균작용을 하기 때문에 숲 속의 공기가 맑아지는 것이다. 또한 사람이 "phytonicide"가 충만한 공기를 마시면 몸 속의 병균이 살균되어 피가 맑아지고 신진대사가 왕성해지므로 건강에도 좋다고 한다.

한편, 향기와 대비되는 악취는 그 원인 물질 종류의 다양성, 악취물질간의 복합적인 작용, 및 후각의 개인적인 차이 등으로 인하여 그 느끼는 정도나 피해정도를 일률적으로 나타내기 어렵기 때문에, 대기 오염 중에서도 가장 해결하기 어려운 공해문제로 취급되고 있다. 그리고, 악취는 향기와는 반대로 자연환경, 사람의 정신적·육체적 상태에 악영향을 주므로 더욱 문제를 많이 일으키고 있다.

이처럼, 향기 물질이나 저분자 물질은 우리 생활환경에 중요한 영향을 미치게 되므로, 향기 물질이나 저분자 물질의 방출을 조절할 수 있는 물질의 개발이 필요하다.

물론 속옷, 티셔츠, 장난감이나 신발 등의 섬유 제품, 티슈 등에 향을 투입시켜 방향성을 갖는 제품들은 등장하고 있고, 이들 제품은 주로 가공처리 공정을 통하여 원단에 미립자 형태의 향이 든 캡슐을 투입시키며, 마찰이나 또는 물리적 운동에 의하여 캡슐이 터지면서 향기가 발산되는 원리를 이용하고 있다. 그러나 향기 발산 기능을 갖는 포장재료는 현재 알려진 바 없다.

따라서 본 발명에서는 폴리에틸렌 필름에 방향성을 갖도록 처리하여 고부가가치의 폴리에틸렌필름을 제조하고자 하는 것이다. 방향성 폴리에틸렌 필름은 포장재 등으로 사용되어 제품의 부가가치를 높여줄 뿐만 아니라 향기가 발산되는 좋은 환경을 제공할 수 있다.

본 발명의 목적은 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고부가가치를 갖는 포장재로서의 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용될 때 향기를 발산시킴으로써 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명에 따른 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름은 3∼5 ㎛의 평균 입자크기를 갖는 다공성(多孔性) 무기질 분말 입자를 양이온성 계면 활성제로 표면 처리하여 상기 다공성 무기질 분말 입자 표면의 극성을 낮추고; 상기 표면 처리된 다공성 무기질 분말 입자 3∼10 중량%를 포함한 폴리에틸렌 수지 조성물로부터 폴리에틸렌 필름을 성형하고; 그리고 상기 성형된 폴리에틸렌 필름 상에 향기 입자를 스프레이(spray)하거나 또는 상기 성형된 폴리에틸렌 필름을 향기 욕조에 통과시켜 향기 입자를 상기 다공성의 무기질 분자의 다공 내에 침투시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 다공성 무기질 분말 입자는 규조토, 펄라이트, 백토, 패각(조개껍질), 제올라이트 등이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 양이온성 계면 활성제는 10∼20 개의 탄소수를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 다공성 무기질 분말 입자를 증류수로 세척하여 여과하는 과정을 3 회 이상 반복한 후 건조하여 사용하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

본 발명에서 사용되는 다공성 무기질 분말 입자는 규조토, 펄라이트, 패각, 제올라이트 등이 있다. 이런 무기물들에는 미생물이 퇴적되고 분해되면서 생기는 공동(空洞)이 생기는데 그 크기가 상당히 크고, 그 양도 많다. 이러한 공동에 향기 입자를 포집시키면 향기 입자가 서서히 확산되면서 향기를 발산시키게 될 것이라는 점에 착안하여 다공성의 무기질 분말 입자를 폴리에틸렌 필름에 적용하게 된 것이다.

그렇지만 무기질 분말 입자를 합성수지에 혼합하면 인장 강도, 인열 강도, 신율 등과 같은 기계적 물성에 영향을 많이 주기 때문에, 기계적 물성이 유지되면서 방향성이 잘 발휘되도록 무기질 분말 입자의 함량을 적절히 조절하여야 한다. 따라서 적절한 양의 무기물 분말 입자가 함유되고, 나아가 방향성 물질이 잘 포집될 수 있도록 표면이 처리된 방향성 폴리에틸렌 필름을 개발한 것이다.

본 발명에 따른 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름은 3∼5 ㎛의 평균 입자크기를 갖는 다공성 무기질 분말 입자를 양이온성 계면 활성제로 표면 처리하여 상기 다공성 무기질 분말 입자 표면의 극성을 낮추고; 상기 표면 처리된 다공성 무기질 분말 입자 3∼10 중량%를 포함한 폴리에틸렌 수지 조성물로부터 폴리에틸렌 필름을 성형하고; 그리고 상기 성형된 폴리에틸렌 필름 상에 향기 입자를 스프레이(spray)하거나 또는 상기 성형된 폴리에틸렌 필름을 향기 욕조에 통과시켜 향기 입자를 상기 다공성의 무기질 분자의 다공 내에 침투시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.

우선 폴리에틸렌 필름이 포장재료로서의 기계적 물성을 충족하도록 무기질 분말을 약 10 중량%까지 사용하였고, 방향성 물질을 충분히 포집할 수 있도록 무기질 분말을 약 3 중량% 이상 사용하도록 하였다. 무기질 분말을 10 중량%까지 사용하였을 경우의 기계적 물성은 전혀 사용하지 않은 종래의 폴리에틸렌 필름에 대비하여 기계적 물성을 약 90 %정도 이상 유지할 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명에서 사용되는 다공성 무기질 분말 입자의 평균 크기는 3∼5 ㎛가 바람직하다. 그리고 다공성 무기질 분말 입자는 증류수를 이용하여 상온에서 하루 동안 교반하여 세척하고 필터링하여 회수하는데, 3 회 정도 반복하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 정제된 무기질 분말은 150℃ 의 오븐에서 하루 동안 건조시킨다. 이 정제과정을 거치면 무기질 분말은 외견상 더 무색으로 되고, 염분과 같은 불순물 및 바다냄새와 같은 악취도 제거된다. 이때 무기질 분말을 세척한 용액의 pH도 거의 중성으로 유지된다.

정제된 다공성 무기질 분말 입자를 계면 활성제로 처리하여 표면 극성을 낮추게 된다. 규조토와 같은 무기질 분말 입자들의 표면은 음이온성을 띠고 있다. 그런데 향기 분자들은 극성을 띠고 있지 않기 때문에, 이 향기 분자들을 무기질 입자의 공동 속으로 잘 흡착시키기 위해서는 무기질 분말 입자의 표면을 개질할 필요가 있는 것이다. 따라서 음이온성을 띠고 있는 무기질 분말 입자를 양이온성 계면 활성제를 사용하여 무기질 입자 표면의 극성을 낮추는 것이다.

양이온성 계면 활성제로는 10∼20 개의 탄소수를 갖고 암모늄 이온을 갖는 계면 활성제가 바람직한데, 탄소수가 10 개 이하이어서 사슬의 길이가 짧은 경우에는 흡착효과가 미흡하고, 탄소수가 20 개 이상이어서 사슬의 길이가 긴 경우에는 사슬의 유동성이 저하되어 역시 양호한 흡착효과를 기대하기 어렵다. 본 발명에서 사용된 바람직한 계면 활성제로는 DTAB (n-dodecyltrimethylammonium bromide) 및 CTAB (n-cetyltrimethylammonium bromide) 가 있다. DTAB는 탄소수가 12 개이고, CTAB는 탄소수가 16 개다.

이렇게 표면 처리된 무기질 분말은 폴리에틸렌 필름과 혼합하여 필름을 제조한다. 물론 폴리에틸렌 마스터배치(master batch)를 제조하는 경우에는 무기질 분말이 20 중량%가 되도록 하여 2축 혼련기(twin screw extruder)를 이용하여 제조하며, 이때의 압출 온도는 180∼200℃ 로 유지된다. 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

상기 제조된 마스터 배치 및 폴리에틸렌(특히 LDPE)을 혼합하여 폴리에틸렌 필름을 제조한다. 연속적으로 제조되는 폴리에틸렌 필름의 표면에 향기 입자를 스프레이(spray)하여 향기 입자들이 무기질 분말 입자의 공동 내에 투입되게 한다. 스프레이 공정 대신에 액상의 향기 옥조에 폴리에틸렌 필름을 통과시켜 역시 향기 입자들이 무기질 분말 입자의 공동 내에 투입되도록 하게 한다. 무기질 분말 입자의 공동 내에 투입된 향기 입자들은 폴리에틸렌 필름을 포장재료로 사용할 때 서서히 공동으로부터 확산되어 방향성을 띠게 되는 것이다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

(1) 무기질 분말 입자의 전처리

입자 크기 3∼5 ㎛ 범위의 규조토 분말(한국세라이트(주) 제품)을 구입하여, 1 ㎏의 규조토 당 1 L의 2차 증류수로 상온에서 하루 동안 교반하여 세척하고 필터링하였다. 이 정제공정을 3회 반복하였고, 정제된 규조토 분말을 150℃ 의 오븐에서 하루 동안 건조시켰다.

(2) 표면개질

상기 전처리된 규조토 분말을 ① 표면개질처리를 하지 않은 것, ② DTAB로 개질한 것, ③ CTAB로 개질한 것으로 구분하였다. 수용액 1 L에 DTAB 15.4 g를 사용하여 3 일 동안 서서히 교반하여 계면 활성제가 규조토 분말 표면에 치환되도록 하였다. CTAB는 18.2 g를 사용하였다.

(3) 폴리에틸렌 마스터 배치 제조

상기 표면 개질된 규조토를 이용하여 규조토 20 중량%의 LDPE 마스터 배치를 2축 혼련기에서 제조하였다. Feed zone의 온도는 180℃, Mixing zone의 및 Metering zone의 온도는 200℃ 로 유지하였다.

(4) 방향성 LDPE 필름 제조

직경 30 mm의 single screw blown film extruder를 이용하여 폭 40 ㎝, 두께 40 ㎛의 필름을 제조하였다. 3 가지 종류의 규조토 분말을 이용하여 하기의 표와 같이 규조토 함량이 각각 3, 5, 10 중량%의 9 종류의 필름을 생산하였다.

실시예	규조토 종류	규조토 함량(중량%)
1	표면개질처리 않음	3
2	표면개질처리 않음	5
3	표면개질처리 않음	10
4	DTAB로 처리	3
5	DTAB로 처리	5
6	DTAB로 처리	10
7	CTAB로 처리	3
8	CTAB로 처리	5
9	CTAB로 처리	10
10	첨가하지 않음	0

본 발명의 실시예에 따라 제조된 각각의 필름에 대하여 인장강도, 최대신율, 및 인열강도를 측정하였다. 인장강도 및 최대신율은 상온, 60 RH%의 표준조건에서 Lloyd의 LR50K를 이용하여 필름의 기계방향(M.D.) 및 횡방향(T.D.)에서 측정하였고, 각각의 실시예마다 10 개의 시편을 측정한 후 그 평균값을 그래프로 나타내었고, 95 %의 신뢰도로 편차를 표시하였다. 인열강도는 Toyo Seiki의 Elmendorf tear tester를 이용하여 측정하였고, 각각의 실시예마다 10 개의 시편을 측정한 후 그 평균값을 그래프로 나타내었고, 95 %의 신뢰도로 편차를 표시하였다

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 계면 활성제 처리 및 다공성 무기질 분말입자의 함량에 따른 폴리에틸렌(PE) 필름의 인장강도를 나타내는 그래프이다.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 계면 활성제 처리 및 다공성 무기질 분말입자의 함량에 따른 폴리에틸렌(PE) 필름의 최대신율을 나타내는 그래프이다.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 계면 활성제 처리 및 다공성 무기질 분말입자의 함량에 따른 폴리에틸렌(PE) 필름의 인열강도를 나타내는 그래프이다.

제1도 내지 제3도에서는 각 필름의 기계방향(MD)과 횡방향(TD)에 대하여 각 물성을 나타낸다. Celatom Diatomite는 표면 개질을 하지 않은 규조토이다. N-12는 DTAB로 개질한 것이고, N-16은 CTAB로 개질한 것이다. 제1도 내지 제3도에서 보듯이, 무기질 분말 입자가 3∼10 중량%정도 함유되어도 필름의 기계적 물성은 포장재료로 사용하기에 충분한 것으로 나타났다.

본 발명은 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름을 제공하여, 사용될 때 향기를 발산시킴으로써 쾌적한 환경을 제공하고, 폴리에틸렌 필름이 고부가가치를 갖도록 하는 효과가 있다. 아울러, 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름을 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 계면 활성제 처리 및 다공성 무기질 분말입자의 함량에 따른 폴리에틸렌(PE) 필름의 인장강도를 나타내는 그래프이다.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 계면 활성제 처리 및 다공성 무기질 분말입자의 함량에 따른 폴리에틸렌(PE) 필름의 최대신율을 나타내는 그래프이다.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 계면 활성제 처리 및 다공성 무기질 분말입자의 함량에 따른 폴리에틸렌(PE) 필름의 인열강도를 나타내는 그래프이다.

Claims (5)

1. 3∼5 ㎛의 평균 입자크기를 갖는 다공성(多孔性) 무기질 분말 입자를 양이온성 계면 활성제로 표면 처리하여 상기 다공성 무기질 분말 입자의 표면의 극성을 낮추고;

   상기 표면 처리된 다공성 무기질 분말 입자 3∼10 중량%를 포함한 폴리에틸렌 수지 조성물로부터 폴리에틸렌 필름을 성형하고; 그리고

   상기 성형된 폴리에틸렌 필름 상에 향기 입자를 스프레이하여 향기 입자를 상기 다공성의 무기질 분자의 다공 내에 침투시키는;

   단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기질 분말 입자는 규조토, 펄라이트, 백토, 패각(조개껍질), 및 제올라이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 양이온성 계면 활성제는 10∼20 개의 탄소수를 가지는 것을 특징으로 하는 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기질 분말 입자를 증류수로 세척하여 여과하는 과정을 3 회 이상 반복한 후, 건조하여 사용하는 것을 특징으로 하는 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름의 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 방향 기능을 갖는 폴리에틸렌 필름.