KR100581358B1 - 무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한농업용 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 농업용 필름에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 계면활성제 0.5∼3.0중량%, 무기 나노필러 0.05∼5중량%, 및 그 나머지는 열가소성 수지로 필수적으로 구성된 무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 농업용 필름에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 나노 무기필러를 사용하여 농업용 하우스 필름이 가져야 할 무적(無滴) 성능을 탁월하게 보완시켜 1년 이상의 장기간 피복시에도 우수한 무적성능을 나타내는 농업용 필름을 제공할 수 있다.

무적, 지속성, 필름, 나노필러

Description

무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 농업용 필름{Resin composition for agricultural film with long antifogging durability and its agricultural film}

본 발명은 무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 농업용 필름에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 무기 나노필러를 사용하여 농업용 하우스 필름이 가져야 할 무적(無滴) 성능을 탁월하게 보완시켜 1년 이상의 장기간 피복시에도 우수한 무적성능을 나타내는 무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 농업용 필름에 관한 것이다.

농업용 하우스 필름으로 사용되는 고분자 재료로는 폴리에틸렌, 에틸렌 초산비닐 공중합체, 폴리염화비닐, 및 폴리에스테르(PET필름) 등이 있다. 이중에서 폴리에틸렌, 에틸렌 초산비닐, 및 폴리염화비닐은 필름 성형 가공성이 용이하고 가격적으로도 저렴하여 국내의 농업용 하우스 필름의 대부분을 차지하고 있다.

이러한 하우스 필름은 하우스 내부와 외부의 온도차이로 인해 필름표면에 물방울들이 맺히고, 이러한 물방울들이 햇빛의 투과율을 저해한다거나 또는 작물위로 떨어져 문제가 되고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위해 계면활성제를 수지와 같이 컴파운딩하여 계면활성제들이 필름 표면으로 서서히 배출되어 물방울들이 필름표면에서 흐르게 하는 특성(이하 '무적성'이라 함)을 나타내도록 하고 있다.

농업용 필름의 무적성을 발현시키기 위해서 일반적인 컴파운딩에 사용하는 계면 활성제로는 솔비탄 지방산 에스테르, 예컨대 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노팔미테이트, 솔비탄 모노올레이트, 및 폴리옥시에틸렌 솔비탄 지방산에스테르; 및 글리세린지방산에스테르, 예컨대, 글리세린모노스테아레이트, 글리세린디스테아레이트, 디글리세린디스테아레이트, 글리세린모노올레이트, 및 디글리세린모노올레이트, 디글리세린디올레이트 등이 있다. 이러한 계면활성제 중 단독 또는 둘 이상의 혼합물을 컴파운딩하여 무적성 필름을 제조할 경우에는 사용하는 계면활성제의 종류와 혼합량, 컴파운딩 조건, 사용하는 고분자 수지의 종류 및 필름 제조조건에 따라 조금씩 상이하지만 노지에서 약 2∼6개월 정도의 무적지속성을 갖는다.

따라서, 이러한 필름의 무적지속성을 더욱 향상시키고자 하는 연구가 활발히 진행되어 왔으나, 그 향상정도가 바람직한 수준에는 미치지 못하고 있는 실정이다.

예를 들어, 일본 특개평 제3-215562호에는 투명하면서 보온성이 우수한 무적 필름이 개시되어 있고, 일본 특개평 제5-35182호, 특개평 제2-281060호, 특개평 제5-168352호, 특공평 제5-8938호, 특공소 제61-44938호, 및 특개평 제1-95146호에는 무적성능을 개량하기 위해 PVC 필름에, 노닐페놀 축합체에 에틸렌옥사이드가 1∼30개 부가된 무적제를 사용하거나 또는 기타 무적제를 개량하여 솔비탄 모노스테아레이트 등을 사용하는 경우보다 무적기간을 지속시키거나, 또는 무적성능의 변화 없이 PVC 필름의 점착성을 개량하여 투명도가 우수한 필름을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허들에 따른 필름은 무적 성능이 우수하고 투명도도 많이 보완되지만, 무적지속성이 6개월 이상 지속되지 않으며, 특히 여름철과 같이 기온이 높은 경우에는 무적제의 표면 배출량이 많아 무적지속성이 급격히 저하되는 단점이 있다.

또한, 일본 특공평 제4-55616호, 특개소 제57-69043호, 및 한국 공고특허 제95-13819호에는 무적제가 도포된 폴리에스테르 필름이 개시되어 있으나, 상기 특허들에 따른 필름은 내수성이 불량하여 물에 쉽게 무적제가 씻겨버리는 단점이 있다.

한편, 일본 특개평 제7-165952호, 특공소 제50-11348호, 특공소 제49-32668호, 특개소 제57-119974호, 및 특개소 제51-81877호에는 콜로이드상의 실리카 졸에 계면활성제를 혼합한 후 필름 표면에 도포하여 무적지속성을 향상시킨 필름이 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허들에 따르면, 필름 표면에 코팅을 하기 위해 코로나 처리와 같은 전처리가 필요하다. 또한, 무적지속성이 3∼4년 정도까지도 가능하여 무적지속성이 상당히 개선되기는 하였으나, 코팅에 따른 제조공정이 복잡하여 제조원가 상승이 필수적일 뿐만 아니라, 코팅표면에 외부 마찰 등에 의해 쉽게 계면활성제가 씻겨 내려가기 때문에 무적성능이 급격히 저하되는 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 광범위한 연구를 거듭한 결과, 종래기술에 따른 하우스 필름이 무적성을 나타내기 위해 계면 활성제를 컴파운딩하는 경우 무적성능이 1년 이상 되지 않았고, 1년 이상의 무적지속성을 나타내기 위해서는 필름 표면에의 코팅방법을 통하여 제조된 반면, 본 발명은 무적 성능을 나타내는 계면활성제와 계면활성제의 지속성능을 증가시키기 위한 무기 나노필러를 첨가하여 하우스 필름용 수지와 컴파운딩하여도 폴리에틸렌 또는 에틸렌 비닐 아세테이트와 같은 고분자 수지와의 상용성이 뛰어날 뿐만 아니라, 무적성능이 우수하여 일반 노지에서 무적기간이 1∼3년 지속될 수 있는 농업용 필름을 얻을 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 저온 및 고온에서의 무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물은 계면활성제 0.5∼3.0중량%, 나노 무기필러 0.05∼5중량%, 및 그 나머지는 열가소성 수지로 필수적으로 구성된다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 기존의 코팅방법을 사용하지 않고도 농업용 하우스 필름이 가져야 할 무적성능을 탁월하게 보완시켜 1년 이상의 장기간 피복시에도 우수한 무적성능을 나타내도록 함으로써, 즉 하우스 필름 표면에 물방울이 맺히지 않고 흐르게끔 함으로써 물방울이 떨어지지 않고 햇빛의 투광율을 저하시키지 않게 하여 하우스 내 작물의 피해를 없앨 수 있는 농업용 하우스 필름이 제공된다.

본 발명에 따른 필름용 수지 조성물에 사용되는 열가소성 수지로는 종래부터 농업용 피복재용으로 사용된 것은 특별한 제한 없이 모두 사용할 수 있지만, 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 또는 폴리염화비닐이 좋다.

한편, 농업용 필름의 무적성능을 발현시키기 위하여 사용되는 계면활성제(무적제)로는 솔비탄 지방산 에스테르, 예를 들어 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노팔미테이트, 및 솔비탄 모노올레이트; 및 글리세린 지방산 에스테르, 예를 들어 글리세린 모노스테아레이트, 글리세린 디스테아레이트, 디글리세린 모노스테아레이트, 디글리세린 디스테아레이트, 글리세린 모노올레이트, 글리세린 디올레이트, 디글리세린 모노올레이트, 및 디글리세린 디올레이트 등이 있고, 이들 중 단독 또는 2개 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

이때, 상기 계면활성제의 사용량은 0.5∼3.0중량%인 것이 좋고, 상기 사용량이 0.5중량% 미만이면 초기의 무적성능이 불량할 뿐만 아니라 무적성능의 지속성도 그리 오래 지속되지 않는 문제점이 있다. 반면 3.0중량%를 초과하면 초기 무적 성능과 무적 지속성이 매우 우수해지지만 필름의 광학성능이 크게 저하되는 단점이 있다.

또한, 본 발명에서는 기존의 농업용 필름의 무적기간을 향상시키기 위하여, 즉 1∼3년 동안 무적성을 지속시키기 위하여 상술한 계면활성제와 함께 무기 나노 필러를 사용한다. 상기 무기 나노필러는 층상의 천연실리케이트이다.

본 발명에서 사용되는 층상의 실리케이트는 디스크 형태의 구조를 갖는다. 상기 실리케이트의 지름은 약 10∼1000nm이고, 두께가 약 1nm 정도인 것이 좋으며, 상기 실리케이트의 지름이 10nm 미만이면 무적 성능의 지속성의 증가효과가 저하되며, 1000nm를 초과하면 필름의 광학성능이 저하되고 무적 성능의 지속성은 크게 증가되지 않는다.

상기 실리케이트가 무적 필름속에 완전하게 나노 스케일로 분산되어 있을 경우, 즉 박리(exfoliation)되어 있을 경우, 무적제가 필름표면으로 나오는 시간을 지속적으로 저하시켜 불필요하게 과량의 무적제가 필름표면으로 나오는 것을 억제한다. 이러한 작용으로 통상의 무적필름의 지속기간보다 약 2∼4배 정도의 지속기간을 유지할 수 있게 된다. 또한 이러한 무기필러는 나노스케일로 필름내부에 분산되어 있어 투광성의 저하를 초래하지 않는다.

이때, 상기 무기필러의 사용량은 0.05∼5중량%인 것이 좋고, 상기 사용량이 0.05중량% 미만이면 무적제가 필름표면으로 나오는 것을 억제하는 효과가 크지 못하며, 5중량%를 초과하면 무적성능의 지속효과 더 이상 증가되지 않는다.

한편, 상기 층상의 무기필러는 가공성 수지와의 혼련성을 더욱 좋게 하기 위하여 표면을 소수성의 알킬암모늄으로 처리한 것을 사용할 수 있으나, 또한 표면 처리하지 않은 것도 충분한 효과를 나타낸다.

또한, 전술한 성분 외에도 본 발명에 따른 필름용 수지 조성물은 가공성과 기계적 물성을 향상시키기 위하여 슬립제, 블로킹방지제, 내후제, 산화방지제, 및 보온제 등을 필요에 따라 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 농업용 필름은 공지된 압출기를 이용한 압출법, 예를 들어 블로운 압출방법, T-다이 압출방법, 또는 공압출 방법을 통해서 성형되며, 이로부터 성형된 상기 필름의 두께는 50 내지 250㎛로 조정되는 것이 좋다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

열가소성 수지로서 초산비닐 함량이 15%인 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 96.7중량%를 사용하고, 여기에 상기 열가소성 수지를 기준으로 필름이 햇빛에 의해 산화되는 것을 억제하기 위한 내후제로서 HALS(Hindered Amine Light stabilizer) 계통의 안정제인 chimassorb 944 0.7중량%; 블로킹 방지제로서 SiO₂ 0.4중량%; 무적제로서 솔비탄 모노 스테아레이트 1.4중량%와 글리세린 모노스테아레이트 0.6중량%를 혼합한 혼합물 2중량%; 및 층상의 실리케이트(지름100∼200㎚, 두께 1∼2㎚) 0.2중량%를 통상의 블로운 공압출공정으로 농업용 광폭 필름을 제조하는 방법에 따라 제조하였다.

즉, 먼저 EVA(초산비닐 함량15%, 용융지수:1.5g/10min)를 이용하여 상기 첨가제 함량의 10배가 처방된 마스터배치를 제조한 후, 필름 가공은 EVA수지에 제조된 마스터 배치를 10중량% 혼합한 다음, 광폭 3층 압출기의 각 압출기에 넣어 필름을 제조하였다.

이때, 상기 광폭 압출기로는 각각 75㎜/100㎜/75㎜의 크기를 갖는 3층 압출 기를 사용하여 필름 폭 8m, 두께 100㎛, 및 길이 100m인 필름을 제조하였다.

이로부터 제조된 필름의 무적지속성을 다음과 같은 방법에 따라 측정한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

1) 저온 무적성 평가

500cc 비이커에 물을 약 2/3 정도 채운 다음 상기에서 제조된 필름으로 비이커의 윗면을 씌운다. 그 다음, 상기 비이커를 항온조에 약 15。정도 기울어지게 설치한 후, 항온조의 온도를 약 30∼40℃ 정도로 유지시키고 비이커의 윗면은 0℃로 유지시키면서 필름의 표면에 물방울이 생성되기 시작하는 날짜를 관찰하였다.

물방울이 필름 표면의 약 30% 정도 맺히게 되면 무적성이 끝난 것으로 간주 하고 이때까지의 경과일수를 무적 지속기간으로 하였다.

2) 고온 무적성 평가

비이커 내부의 온도를 40℃로 하고 비이커의 외부는 25℃로 유지시킨 것을 제외하고는 상기 저온 무적성과 같은 방법으로 측정하였다.

무적 지속기간의 판단기준은 필름 표면에 약 30% 정도의 물방울이 맺히게 되는 날까지의 경과일수로 하였다.

실시예 2

열가소성 수지로서 저밀도 폴리에틸렌을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 농업용 필름을 제조하였다. 이때 사용한 저밀도 폴리에틸렌의 용융지수는 0.8g/10min이었으며 밀도는 0.920g/cc이었다.

이로부터 얻은 농업용 필름의 특성 평가를 상기 실시예 1에서와 동일하게 실시한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 3

실리케이트를 2중량% 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 농업용 필름을 제조하였다.

이로부터 얻은 농업용 필름의 특성 평가를 상기 실시예 1에서와 동일하게 실시한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

실리케이트를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 농업용 필름을 제조하였다.

이로부터 얻은 농업용 필름의 특성 평가를 상기 실시예 1에서와 동일하게 실시한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하여 농업용 필름을 제조하였다.

이로부터 얻은 농업용 필름의 특성 평가를 상기 실시예 1에서와 동일하게 실시한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 3

일반 농가에서 1년 사용이 가능한(실제 무적 지속기간 약 5개월 정도임) 하우스 필름으로 사용되고 있는 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 3층 필름(일신화학, 풍요필름)을 구입하여 상기 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라 특성 평가를 실시한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 4

무적기간이 3∼4년으로 알려져 있는 무적제 코팅 필름(MKV사, 수퍼솔라 필름)을 구입하여 상기 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라 특성 평가를 실시한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
LDPE		96.7			96.9
EVA	96.7		94.9	96.9
Chimassorb944	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7
SiO2	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
솔비탄모노스테아레이트	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4	-	-
글리세린모노스테아레이트	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6
무기필러	0.2	0.2	2
저온 무적성	200일	160일	240일	70일	45일	47일	260일
고온 무적성	190일	150일	210일	35일	20일	20일	220일

단위: 중량%, 필름기준

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 농업용 필름은 코팅 방법을 적용하지 않고도 필름의 무적기간을 크게 연장시켜 무적기간을 1∼3년 정도 유지시킬 수 있다. 또한, 통상의 필름과 같이, 즉 무적제를 수지와 함께 컴파운딩을 통해 성형하여 1∼3년의 비교적 장기간의 무적기간을 갖는 농업용 필름을 제공할 수 있어 제조비용이 저렴한 이점이 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 본 발명은 기존의 코팅 방법을 사용하지 않고도 무적 성능을 나타내는 계면활성제와 계면활성제의 지속성능을 증가시키기 위한 무기 나노필러를 하우스 필름용 수지에 첨가하여 컴파운딩함으로써 고분자 수지와의 상용성이 뛰어날 뿐만 아니라, 무적성능이 우수하여 무적기간이 1∼3년 동안 지속될 수 있는 농업용 필름을 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 계면활성제 0.5∼3.0중량%, 층상 실리케이트 0.05∼5중량%, 및 그 나머지는 저밀도폴리에틸렌, 에틸렌초산비닐공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 열가소성 수지로 필수적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 무적지속성이 우수한 필름용 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노팔미테이트, 솔비탄 모노올레이트, 글리세린 모노스테아레이트, 글리세린 디스테아레이트, 디글리세린 모노스테아레이트, 디글리세린 디스테아레이트, 글리세린 모노올레이트, 글리세린 디올레이트, 디글리세린 모노올레이트, 디글리세린 디올레이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 층상 실리케이트의 표면은 소정의 표면처리를 하지 않거나 또는 알킬 암모늄으로 처리된 것을 특징으로 하는 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 층상 실리케이트의 지름은 10∼1000㎚인 것을 특징으로 하는 조성물.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 슬립제, 블로킹방지제, 내후제, 산화방지제, 및 보온제으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
8. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 필름용 수지 조성물을 블로운 압출기 또는 T-다이 압출기 또는 공압출기를 통해서 성형한 것을 특징으로 하는 무적지속성이 우수한 농업용 필름.