KR100660146B1 - 수축필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수축필름에 관한 것으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 베이스 수지와, 0.01 내지 2중량%의 2(3′,5′-디-t-부틸-2′-하이드록시페닐)-5-클로로벤조트리아졸을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 자외선 차단 효과가 우수한 수축필름이 제공된다.

Description

수축필름{SHRINK FILM}

본 발명은, 수축필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 소량 첨가로도 우수한 자외선 차단효과를 나타내는 자외선 차단제를 포함한 수축필름에 관한 것이다.

최근, 음료수의 포장에 PET용기가 많이 사용된다. 음료수 용기로 PET재질의 용기가 많이 사용되는 이유는 강도와 투명성이 좋고 표면에의 인쇄성이 우수하기 때문이다.

공장에서 생산된 음료수는 PET용기에 봉입된 후, 상부가 개방된 종이나 플라스틱 박스 속에 다수개씩 포장된다. 종이박스의 개방된 상부는 통상 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)으로 된 수축필름으로 덮어 씌어 포장한 후 운송하여 각 판매상에게 공급된다.

그러나 PET용기의 경우 알루미늄 등의 금속캔과 달리 햇빛을 쬐면, 자외선이 투명한 용기 벽을 투과하여 음료의 색깔이나 향이 변하게 될 우려가 있다. 또한 여러 단계의 중간상인을 거치게 되면서 박스의 운송이 이루어지기 때문에 불가피하게 박스를 야적하게 되는 경우도 있게 되어 자외선 노출문제가 심각해진다. 특히 과일 쥬스의 경우 자외선에 의해 변질될 우려가 크므로 주의하여야 한다.

자외선은 397nm 내지 10nm의 파장을 가지는데, 이 중 음식류 또는 음료수의 맛을 변질시키는 파장은 대략 360nm 내지 380nm이다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 수축필름에 자외선 차단 기능을 부여하려는 노력이 많이 있어 왔다. 그 중에서 수축필름에 자외선 차단제를 첨가하는 방법이 많이 연구되어 왔다. 그러나 기존에 수축필름에 적용되었던 무기계 자외선 차단제는 수축필름의 투명도를 현저하게 저하시키며, 첨가제가 시간이 흐를수록 빠져나가는 백화 현상이 발생하는 문제가 있다. 또한 유기계 자외선 차단제는 마이그레이션(migration)이 발생하거나 원하는 자외선 차단 효과를 얻기 위해서는 비교적 많은 양이 첨가되어야 하는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 첨가량 대비 효과가 우수한 자외선 차단제를 포함하는 수축필름을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 수축필름에 있어서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 베이스 수지와, 0.01 내지 2중량%의 2(3',5'-디-t-부틸-2'-하이드록시페닐)-5-클로로벤조트리아졸을 포함하는 것에 의하여 달성된다.

수축필름은 실리카(SiO₂)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 실리카(SiO₂)의 함량은 0.5 내지 10중량%인 것이 좋다.

상기 베이스 필름은 선형 폴리에틸렌(LDPE)과 저밀도 선형폴리에틸렌(LLDPE)을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.

상기 목적은, 본발명에 따라, 수축필름에 있어서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 베이스 수지와; 0.01 내지 2중량%의 2(3′-t-부틸-2′-하이드록시-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸과; 0.5 내지 10중량%의 실리카를 포함하는 것에 의하여도 달성될 수 있다.

수축필름은 수지를 가열 연신하여 배향필름을 제조하고 연화점 이상의 온도로 재가열하여 수지필름에 내재하는 응력을 완화시킨 것으로, 필름의 수축특성을 이용하여 물품을 견고하게 포장하는데 사용된다.

수축필름을 제조하는 방법은 통상 다음과 같다.

베이스 수지로서 용융지수(melt index)가 0.3 내지 1사이의 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 제품을 사용하여 블로운 타입(blown type)의 압출기를 이용하여 제품을 제조한다. 가공조건을 보면 가공온도는 150 내지 160℃, 필름팽창비(blow up ratio, BUR)는 1.2 내지 3이다. 필름두께는 50 내지 120㎛로 조절한다. 필름 가공시 결빙선 및 뽑힘성(draw down ratio, DDR)을 적절히 조정하여 고객이 요구하는 수축율을 맞춘다.

수축필름에 있어 수축율은 매우 중요한 물성인데, 가로방향 수축율(TD)은 통상 필름팽창비에 의존하고 세로방향 수축율(MD)은 통상 뽑힘성에 의존한다. 이 밖에 수축율에 영향을 미치는 인자는 용융지수, 밀도, 성형온도, 권취속도, 결빙선 높이, 스크류 속도 등이다.

본 발명에서 사용된 자외선 차단제는 시바-가이기사의 TINUVIN 327, TINUVIN 326 그리고 실리카(SiO₂)이다.

TINUVIN 327의 명칭은 2(3′,5′-디-t-부틸-2′-하이드록시페닐)-5-클로로벤조트리아졸이며 구조식은 다음과 같다.

- 구조식 -

CAS NO.는 3864-99-1이며 분자량은 357.9이다. 외관은 분말형태이며 노란색을 띠고 있다. TINUVIN 327은 열안정성이 좋고, 휘발도가 낮으며 광안정성이 우수하다.

TINUVIN 327의 사용량은 수축필름에 있어서, 0.01 내지 2중량%인 것이 바람직하다.

TINUVIN 327이 0.01 내지 0.2 중량%로 첨가될 경우, TINUVIN 327만으로는 자외선 차단 효과가 불충분할 수 있는데 이는 다른 자외선 첨가제를 첨가하여 보상할 수 있다. 소량이지만 자외선 차단 성능이 우수한 TINUVIN 327이 첨가되어 있기 때문에, 다른 자외선 첨가제의 사용량을 줄일 수 있게 된다.

더욱 바람직하게는 TINUVIN 327이 0.3 내지 2중량%로 사용되는 것이 좋으며, TINUVIN 327만으로 충분한 자외선 차단효과를 얻으려면 0.4 내지 2중량%로 사용되 는 것이 바람직하다.

TINUVIN 327이 2중량%이상 사용되면, 자외선 차단효과의 개선은 미미한 반면 원가부담이 증가하여 바람직하지 않다.

TINUVIN 327은 실리카와 같이 사용될 수 있는데, 실리카의 사용량은 0.5 내지 10중량%이다.

TINUVIN 326의 명칭은 2(3′-t-부틸-2′-하이드록시-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸이며 구조식은 다음과 같다.

- 구조식 -

CAS NO.는 3896-11-5이며 분자량은 315.8이다. 외관은 분말형태이며 노란색을 띠고 있다. TINUVIN 326은 열안정성이 좋고, 휘발도가 낮으며 광안정성이 우수하다.

TINUVIN 326의 사용량은 수축필름에 있어서, 0.01 내지 2중량%인 것이 바람직하다.

TINUVIN 326은 실리카와 같이 사용될 수 있는데, 실리카의 사용량은 0.5 내지 10중량%이다.

본발명의 자외선 차단제가 첨가되는 베이스 수지는 통상 폴리에틸렌이며, 이에 폴리프로필렌, 나일론 등이 추가로 포함될 수 있다. 이외에 수축필름의 성능을 향상시키기 위한 산화방지제 등이 더 포함되기도 한다. 폴리에틸렌은 선형 폴리에틸렌과 저밀도 선형 폴리에틸렌의 혼합물인 것이 바람직하다.

이하 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

<실험 1>

본 발명에 따른 TINUVIN 327과 기존의 자외선 차단제의 성능을 비교하였다. 필름의 두께는 100㎛로 균일하게 하였으며, 자외선 차단제의 첨가량은 모두 4000ppm으로 균일하게 하였다.

사용된 베이스 수지는 현대석유화학의 저밀도 폴리에틸렌으로 그레이드는 BF105이다. 베이스 수지의 용융지수는 0.3이고 밀도는 0.922이다. 용융지수 측정은 ASTM D1238, 밀도 측정은 ASTM D1505를 따라 행하였다.

자외선 투과율 측정에는 일본 시마츠사의 UV-2100S를 사용하였다.

가공에 사용한 기기는 블로운 타입의 Φ50mm 압출기이고, 필름팽창비는 1.5, 뽑힘성은 6, 결빙선은 45cm였다.

비교예 2에 사용된 CY 531는 사이텍사의 제품이며, 정식명칭은 CYASORB UV 531으로 벤조페논계열의 물질이다.

비교예 3에 사용된 CY 5411 역시 사이텍사의 제품이며, 정식명칭은 CYASORB UV 5411으로 벤조트리아졸계열의 물질이다.

비교예 4에 사용된 TINUVIN P는 시바가이기사의 제품으로, 화학명은 2(2′-하이드록시-5′-메틸페닐)벤조트리아졸이다.

비교예 5에 사용된 LOWILIT 26은 2-(2′-하이드록시-3′-t-부틸페닐-5′-t-부 틸페닐)벤조트리아졸이다.

다음 표 1에 서로 다른 자외선 차단제를 사용한 수축필름에 있어서, 자외선 파장에 따른 투과율을 나타내었다.

표 1. 자외선 차단제의 종류에 따른 자외선 투과율 (단위 : %)

표의 투과율 데이터에서 '-' 표시는 측정하지 않았음을 나타낸다.

자외선 차단제를 첨가하지 않은 비교예 1을 보면, 자외선 투과율이 50%를 넘어 자외선 차단이 거의 이루어지지 않았다.

CY 531을 사용한 비교예 2의 경우, 자외선 차단제의 첨가에도 불구하고 자외선 투과율이 30%를 넘어 자외선 차단 효과가 크게 개선되지 않음을 알 수 있다.

또한 CY5411을 사용한 비교예 3와 TINUVIN P를 사용한 비교예 4의 경우, 비교예 2에 비하여는 자외선 차단 성능이 개선되었으나 380nm에서 30%가 넘는 높은 자외선 투과율을 보이고 있다.

반면 LOWILIT 26을 사용한 비교예 5는 자외선 투과율이 10% 내로 줄어들었음을 보여 준다.

그러나 비교예 4의 자외선 투과율은 TINUVIN 327를 사용한 실시예 1에 비하면 매우 높은 수준임을 알 수 있다. 실시예 1을 보면 320 내지 380nm에서의 자외선 투과율이 1%이하로 낮은 값을 유지하고 있다.

이로부터 4000ppm의 동일량을 사용할 경우, TINUVIN 327을 사용한 실시예 1이 종래의 자외선 차단제를 사용한 비교예들에 비하여 월등한 자외선 차단효과를 가짐을 알 수 있다.

관능적으로 각 첨가제의 마이그레이션 특성을 관찰한 결과 실시예 1이 다른 비교예에 비하여 마이그레이션 발생이 적음을 확인하였다.

<실험 2>

실험 1과 실험방법은 동일하다. 자외선 첨가제로는 TINUVIN 327만을 사용하였으며, 그 양을 1000ppm, 2000ppm, 4000ppm, 8000ppm으로 변경하면서 자외선 투과율을 측정하였다.

표 2에 그 결과를 나타내었다.

표 2. TINUVIN 327의 첨가량에 따른 자외선 투과율 (단위 : %)

표 2를 보면 TINUVIN 327을 각각 1000ppm과 2000ppm을 사용한 실시예 2와 실 시예 3의 자외선 차단효과가, 4000ppm을 사용한 실시예 1에 비하여 불량함을 알 수 있다. 그러나 실시예 2와 실시예 3에서 값은 다른 자외선 차단제를 4000ppm 사용한 비교예 2 내지 4와 유사한 수준이다. 즉 TINUVIN 327은 적은 양으로도 우수한 자외선 차단 효과를 나타내는 것이다.

따라서 TINUVIN 327을 소량 사용하면, 원하는 자외선 차단 효과를 얻기 위한 다른 자외선 차단제의 사용량을 크게 줄일 수 있다.

TINUVIN 327을 8000ppm사용한 실시예 4와 4000ppm사용한 실시예 1을 비교하면, TINUVIN 327의 증가에 따라 자외선 차단 성능이 크게 개선되지는 않음을 알 수 있다.

<실험 3>

실험 1과 실험방법은 동일하다. 자외선 첨가제로는 TINUVIN 327을 4000ppm사용하였으며, 필름두께를 80㎛와 100㎛로 달리하여 자외선 투과율을 측정하였다.

표 3에 그 결과를 나타내었다.

표 3. 필름 두께에 따른 자외선 투과율 (단위 : %)

표 3을 보면 필름 두께를 줄여도 자외선 투과율은 크게 증가하지 않음을 알 수 있다. 따라서 TINUVIN 327을 자외선 차단제로 사용할 경우, 필름 두께를 줄일 수 있어 원가를 절감할 수 있다.

<실험 4>

실험 1과 실험방법은 동일하다. 단, 베이스 필름으로는 선형 폴리에틸렌인 BF115와 저밀도 선형 폴리에틸렌인 현대석유화학의 UN314를 50%씩 블렌드하여 사용하였다. 자외선 차단제로는 TINUVIN 327과 TINUVIN 326에 실리카를 추가하였다.

표 4에 그 결과를 나타내었다.

표 4. 실리카 추가에 따른 자외선 투과율 (단위 : %)

표 4의 비교예 6과 실시예 6을 비교하면 TINUVIN 327에 의한 자외선 투과율 감소를 확인할 수 있다. 실시예 7 내지 9는 TINUVIN 327 3500ppm에 실리카를 각각 10000ppm, 30000ppm, 50000ppm 추가한 것인데, 실리카 추가에 의한 자외선 투과율 감소를 알 수 있다. TINUVIN 326 3500ppm에 실리카를 50000ppm 추가한 실시예 10에 서도 자외선 투과율 감소를 확인할 수 있다. 이로부터 TINUVIN 327 또는 TINUVIN 326과 함께 실리카를 사용하면 자외선 투과율을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한 자외선 차단제로 실리카를 추가하면 TINUVIN 327과 TINUVIN 326의 사용량도 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 첨가량 대비 효과가 우수한 자외선 차단제를 포함하는 수축필름이 제공된다. 이에 따라 음료용기 등을 자외선 노출 우려 없이 보관, 운송할 수 있다. 또한 수축필름의 두께를 줄일 수 있어 원가절감이 가능하다.

Claims (5)

1. 수축필름에 있어서,

   폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 베이스 수지와;

   0.01 내지 2중량%의 2(3′,5′-디-t-부틸-2′-하이드록시페닐)-5-클로로벤조트리아졸과;

   0.5 내지 10중량%의 실리카(SiO₂)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수축필름.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 수지는 선형 폴리에틸렌과 저밀도 선형폴리에틸렌을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수축필름.
5. 수축필름에 있어서,

   폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 베이스 수지와;

   0.01 내지 2중량%의 2(3′-t-부틸-2′-하이드록시-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸과;

   0.5 내지 10중량%의 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 수축필름.