KR100840600B1 - 나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한기능성 필름의 제조방법 및 이를 이용한 기능성 필름 - Google Patents

나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한기능성 필름의 제조방법 및 이를 이용한 기능성 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한 기능성 필름의 제조방법 및 이를 이용한 기능성 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 클레이의 분산성을 증대시키기 위하여 중량평균분자량이 2∼5×106 ㎏／k㏖인 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 파라핀 오일에 유기화 처리된 나노 클레이를 혼합 분산시킴으로써 완전 박리된 나노 클레이가 함유된 우수한 물성의 초고분자량 폴리에틸렌 기능성 필름을 제조하는 방법 및 그러한 방법에 의해 제조된 기능성 필름에 관한 것이다.
본 발명은 나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한 기능성 필름의 제조방법에 있어서, 중량평균분자량이 2∼5×106 ㎏／k㏖인 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 파라핀 오일에 용해시키는 단계 Ⅰ; 클레이를 유기화 처리한 후 오일에 분산시켜 나노 클레이 분산액을 준비하는 단계 Ⅱ; 상기 단계 Ⅰ에서 폴리에틸렌 수지가 용해된 오일에 상기 단계 Ⅱ에서 준비된 클레이 분산액을 첨가하면서 교반시켜 나노 클레이/초고분자량 폴리에틸렌 혼합 용액을 제조하는 단계 Ⅲ; 및 상기 단계 Ⅲ에서 제조된 상기 혼합 용액을 이용하여 기능성 필름을 제조하는 단계 Ⅳ 를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한 기능성 필름의 제조방법을 개시한다.
본 발명에 의하면, 나노 클레이를 초고분자량 폴리에틸렌 수지에 효과적으로 분산시켜 필름을 제조함으로써, 가스차단성과 강도가 매우 우수한 기능성 필름을 제공할 수 있다.
나노 클레이, 초고분자량, 폴리에틸렌, 기능성 필름

Description

나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한 기능성 필름의 제조방법 및 이를 이용한 기능성 필름{THE MANUFACTURING METHOD OF FUNCTIONAL FILM USING ULTRA-HIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE CONTAINING NANO-CLAY, AND THE FUNCTIONAL FILM MANUFACTURED THEREOF}
도 1은 나노 클레이의 농도에 따른 나노 클레이/초고분자량 폴리에틸렌 혼합 필름의 X-선 회절도이다.
도 2 및 도 3은 전자현미경을 이용하여 성형된 필름 내의 나노 클레이의 분산 정도를 관찰한 사진이다.
도 4는 나노 클레이의 함량에 따른 초고분자량 폴리에틸렌 필름의 가스투과도를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한 기능성 필름의 제조방법 및 이를 이용한 기능성 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 클레이의 분산성을 증대시키기 위하여 초고분자량 폴리에틸렌 수지가 용해된 저분자량 오일에 유기화 처리된 나노 클레이를 혼합 분산시킴으로써 완전 박리된 나노 클레이가 함유된 우수한 물성의 초고분자량 폴리에틸렌 기능성 필름을 제조하는 방법 및 그러한 방법에 의해 제조된 기능성 필름에 관한 것이다.
유기 물질인 고분자의 한계점 및 단점을 보완하기 위하여 무기 실리카를 비롯한 여러 가지 다양한 첨가제 혹은 충진제를 사용한 고분자 복합재료에 대하여 많은 연구가 진행되어왔다. 그 결과 고분자 고유의 취약한 물성이 보완되어 제품의 물성향상 및 다양한 제품으로 그 적용범위를 넓혀가고 있다. 최근에는 나노기술(nano-technology)을 이용한 고분자 복합재료에 관한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 무기물의 일종인 나노 클레이를 고분자 메트릭스 수지 내에 도입하여 제품의 물성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 시도되고 있다. 일반적으로 나노 복합재료는 기존의 방법과 비교할 때, 나노 크기의 클레이 층상을 고분자 수지에 완전히 분산시켜 범용성 수지의 낮은 기계적 물성의 한계를 엔지니어링 플라스틱까지 증가시키고자 하는 개념에서 시작되었다. 미세한 나노 크기를 가지는 나노 복합재료는 마이크로 단위의 다른 기존의 유사 재료와 비교하여 향상된 물성을 나타낸다. 메트릭스 고분자 내에 나노 클레이를 뭉침이 없이 고르게 분산시킬 경우 열안정성, 기계적 성질은 물론 열변형 온도, 치수안정성이 향상되며 우수한 기체차단성을 나타냄을 최근 Wang과 Pinnavaia 등에 의해 증명된 바 있다(Z. Wang and T. J. Pinnavaia, Chem. Mater., 10, 3769(1998)). 이와 같은 장점을 이용하기 위하여 여러가지 고분자 메트릭스 수지 내로의 나노 클레이 도입에 관한 다양한 연구가 시도되고 있다. 그러나, 일반적으로 소수성인 고분자 수지 내에 친수성인 나노 클레이를 분산시키는 것은 매우 까다롭다. 고분자 수지 내에 나노 클레이를 단순 첨가 하여 분산하는 경우, 두 물질간의 혼련성이 떨어지고 나노 클레이의 뭉침 현상이 나타나 얻고자 하는 물성을 달성하기가 어렵다. 두 물질 상호간의 혼련성을 부여하여 완전분산된 나노 클레이/고분자 복합재료를 얻기 위한 방법으로 나노 클레이의 유기화 처리를 들 수 있다. 유기 암모늄기를 가진 유기화제를 나노 클레이 층간에 도입하면 구조의 특성상 한 쪽 끝은 나노 클레이 층간의 Na+ 이온 같은 양이온과 상호 교환되어 나노 클레이 층에 결합하게 되고, 다른 한 쪽 끝은 고분자와 반응이 가능하거나 상용성이 있는 소수성 특성을 띠게 된다. 또한, 유기화제의 구조에 따라 나노 클레이 층간이 확대되는 효과를 얻게 됨으로써 중합이나 컴파운딩 과정에서 고분자 사슬로의 삽입 능력을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 유기화 처리된 나노 클레이라 하더라도 적용하고자 하는 고분자 수지의 특성에 따라 완전 박리된 나노 클레이를 형성하기 위한 최적의 도입 방법을 고려하여야 한다.
종래의 대한민국 등록특허 10-0491213호에서는 기존의 용융 혼합법에 사용되는 무수말레인산 변성 폴리에틸렌(PE-g-MA)에 기인하여 고분자 분자구조가 커지거나 복잡하게 되어 고분자 수지가 클레이의 층간으로 삽입되는 것이 어려워지는 문제점을 해결하기 위하여, 무수말레인산으로 변성시킨 폴리프로필렌(PP-g-MA)과 몬모릴로나이트를 용융혼합하여 나노 클레이 함유 폴리에틸렌 복합재료를 제조하는 방법을 개시하고, 종래의 대한민국 등록특허 10-0584690에서는 시간 및 비용면에서 비효율적인 단계인 유기화제 처리 과정 없이도 올리고머의 도입으로 나노 클레이의 층간 거리를 증가시켜 고분자로의 분산성을 확보할 수 있는 나노 클레이의 처리 방 법을 개시하고 있다.
그러나, 분자량 200만 이상의 초고분자량 폴리에틸렌 수지의 경우에는, 여전히 높은 분자량으로 인하여 용융 가공이 어렵고, 고온에 노출되면 용융 전에 분해 또는 변색이 되므로 일반적인 고분자 가공 방법으로는 필름제품성형이 불가능한 문제점이 있었다. 또한 가공 시 점도가 매우 높기 때문에 나노 클레이를 첨가하여 분산시키는데 많은 어려움이 따른다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 나노 클레이를 초고분자량 폴리에틸렌 수지에 효과적으로 분산시켜 필름을 제조함으로써, 가스차단성과 강도가 매우 우수한 기능성 필름을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명은 분자량 200만 이상의 초고분자량 폴리에틸렌 수지 내에 나노 클레이 층이 완전 박리·분산되어 있는 나노 클레이/초고분자량 폴리에틸렌 혼합 용액을 제조하고, 그 혼합 용액을 이용하여 기능성 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이에, 본 발명자들은 상기 목적을 달성할 수 있는 제조방법을 연구한 결과, 유기화 처리 시킨 나노 클레이를 저분자량 오일에 미리 분산시켜 나노 클레이 분산액을 제조함과 동시에, 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 저분자량 오일에 용해시키고, 상기 나노 클레이 분산액을 상기 초고분자량 폴리에틸렌 수지가 용해된 저분자량 오일에 첨가하면서 교반시켜 줌으로써, 초고분자량 폴리에틸렌 수지에서의 나노 클레이의 분산성을 증대시키고, 결과적으로 가스차단성과 강도가 우수한 기능성 필름을 제조할 수 있음을 발견하기에 이르른 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한 기능성 필름의 제조방법에 있어서, 중량평균분자량이 2∼5×106 ㎏／k㏖인 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 파라핀 오일에 용해시키는 단계 Ⅰ; 클레이를 유기화 처리한 후 오일에 분산시켜 나노 클레이 분산액을 준비하는 단계 Ⅱ; 상기 단계 Ⅰ에서 폴리에틸렌 수지가 용해된 오일에 상기 단계 Ⅱ에서 준비된 클레이 분산액을 첨가하면서 교반시켜 나노 클레이/초고분자량 폴리에틸렌 혼합 용액을 제조하는 단계 Ⅲ; 및 상기 단계 Ⅲ에서 제조된 상기 혼합 용액을 이용하여 기능성 필름을 제조하는 단계 Ⅳ 를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한 기능성 필름의 제조방법을 개시한다.
상기 단계 Ⅰ은, 분말 상태의 중량평균분자량이 2∼5×106 ㎏／k㏖인 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 수지를 저분자량 오일인 파라핀 오일에 용해시키는 과정으로서, 실온에서 180℃까지 0.5∼5℃/min로 서서히 온도를 올리면서 50∼150rpm의 속도로 교반하여 수지를 용해시킨다. 분자량 200만 이상의 초고분자량 폴리에틸렌 수지는 높은 분자량으로 인하여 용해 가공이 어렵고, 고온에 노출되면 용해 전에 분해 또는 변색이 되므로 일반적인 고분자 가공 방법으로는 필름제품성형이 불가능하다. 상기의 방법에 의하면 첨가된 초고분자량 폴리에틸렌 수지 분말은 먼저 주위의 파라핀 오일에 분산 후 팽윤되어진다. 다음으로 단계적인 승온과 안정화 과정을 통해 파라핀 오일에 균일하게 가소화 또는 용해된 초고분자량 폴리에틸렌 수지 용액이 얻어진다. 상기 공정 중 승온 속도가 5℃/min을 초과하거나 충분한 교반을 거치지 않을 경우 수지 입자의 불균일한 용해 및 분말 입자의 뭉침 현상이 초래되어 최종 필름 제품의 크랙발생과 같은 결함으로 나타날 수 있다. 한편, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 용해액 내의 수지의 농도는 3~25중량%로 유지하는 것이 바람직하다. 수지의 농도가 3중량% 미만일 경우 필름 성형 후 연신가공이 어려운 약한 필름이 제조되며, 25중량%를 초과할 경우 수지의 용해가공성과 나노클레이의 분산성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기 단계 Ⅱ는 유기화 처리한 나노 클레이를 초고분자량 폴리에틸렌 수지 용액에 분산시키기 전에 효율적인 분산을 위하여 저분자량 오일에 먼저 분산시키는 과정이다. 일반적으로, 순수한 클레이는 친수성(hydrophilic)을 가지므로 유기물질에 분산시키기가 어렵다. 따라서, 클레이를 고분자 수지에 균일하게 분산시키기 위해서는 표면의 유기화 처리가 필요하다. 본 발명에서 클레이로는 유기화 처리된 미세 입자상의 몬모릴로나이트(montmorillonnite)를 사용하였으며, 초고분자량 폴리에틸렌 수지에의 분산성을 더욱 증가시키기 위하여 저분자량 오일에 충분히 분산시켜 제조한 나노 클레이 분산액을 이용하였다.
상기 단계 Ⅲ은 상기 단계 Ⅰ에서 폴리에틸렌 수지가 용해된 오일에 상기 단계 Ⅱ에서 준비된 나노 클레이 분산액을 천천히 첨가(dropping)하면서 충분히 교반시킴으로써 나노 클레이가 폴리에틸렌 수지내로 균일하게 분산된 나노 클레이/초고분자량 폴리에틸렌 혼합 용액을 제조하는 과정이다. 이 경우, 나노 클레이 분산액을 첨가하면서 적어도 1시간 동안은 충분히 교반시켜 줌으로써 나노 클레이의 분산성을 증가시킬 수 있다.
상기 단계 Ⅳ는 상기 단계 Ⅲ에서 제조된 상기 혼합 용액을 이용하여 기능성 필름을 제조하는 과정이다. 제조된 상기 혼합용액을 필름 성형공정에 공급하여 압출성형 후 냉각시키면 다량의 저분자량 오일을 함유하는 겔상의 필름이 얻어진다. 얻어진 겔상의 필름을 고배율로 연신 후 노르말 헵탄을 사용하여 필름 내부의 오일을 제거하면 가스차단성과 강도가 매우 우수한 기능성 필름을 얻을 수 있다.
바람직하게는, 상기 제조 방법에 의해 기능성 필름을 제조하게 되는데, 보다 바람직하게는 상기 기능성 필름은 총고형분 100에 대하여 클레이 함량이 0.5~2.5 중량부이고, 인장강도는 900 MPa 이상이다. 여기서, 클레이 함량이 총고형분 100에 대하여 0.5 중량부 이하일 경우에는 클레이 함유에 따른 물성의 향상을 기대할 수 없고, 클레이 함량이 총고형분 100에 대하여 2.5 중량부를 초과할 경우에는 클레이 뭉침 등에 기인하여 나노 클레이가 폴리에틸렌 수지내로 균일하게 분산되지 못하게 될 뿐만 아니라, 필름 성형 가공성이 저하되는 문제점이 있다.
이하, 실시 예 및 비교 예를 통하여 본 발명의 제조 방법 및 그 효과에 대하여 구체적으로 설명한다. 그렇지만 이와 같은 실시 예 및 비교 예들은 단지 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것이며, 이와 같은 실시 예들만으로 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 분명하게 밝혀 두고자 한다.
실시예1
250㎖ 삼구 플라스크에 분말상태의 초고분자량 폴리에틸렌 수지 0.796g과 파라핀 오일 35.64g을 넣고 질소 분위기 하에서 교반시키면서 온도를 서서히 단계적으로 올려 녹인다. 한편으로는 작은 시료병에 유기화된 몬모릴로나이트 0.004g을 파라핀 오일 8g에 분산시킨다. 몬모릴로나이트의 분산성을 보다 증대시키기 위해서 모노릴로나이트를 하루 전에 미리 파라핀 오일에 분산시켜 놓았으며, 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 녹인 것과 동일하게 온도를 올려서 같은 조건을 유지시킨다. 이때, 몬모릴로나이트의 양은 총고형분 100에 대하여 0.5 중량부이며, 수지의 오일에 대한 고형분은 1.8중량부로 항상 일정하게 하였다. 다음으로 수지 용해액을 교반하면서 몬모릴로나이트 분산 용액을 서서히 첨가하여 나노 클레이 층이 완전 박리된 몬모릴로나이트/초고분자량 폴리에틸렌 혼합용액을 제조한다. 제조된 혼합용액을 압출기를 사용하여 필름성형 후 냉각시키면 겔 상태의 필름이 형성된다. 다음으로 겔 상태의 필름을 연신한 후 노르말헵탄을 사용하여 필름 내부의 파라핀 오일을 제거하여 최종 약 40㎛ 두께의 필름을 얻었다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조함에 있어 사용된 초고분자량 폴리에틸렌 수지와 몬모릴로나이트의 양을 각각 0.792g와 0.008g으로 하여 총고형분 100에 대하여 클레이의 함량을 1중량부로 하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조함에 있어 사용된 초고분자량 폴리에틸렌 수지와 몬모릴로나이트의 양을 각각 0.788g와 0.012g으로 하여 총고형분 100에 대하여 클레이의 함량을 1.5중량부로 하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조함에 있어 사용된 초고분자량 폴리에틸렌 수지와 몬모릴로나이트의 양을 각각 0.784g와 0.016g으로 하여 총고형분 100에 대하여 클레이의 함량을 2중량부로 하였다.
실시예 5
실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조함에 있어 사용된 초고분자량 폴리에틸렌 수지와 몬모릴로나이트의 양을 각각 0.780g와 0.020g으로 하여 총고형분 100에 대하여 클레이의 함량을 3중량부로 하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조함에 있어 몬모릴로나이트를 배재하고 초고분자량 폴리에틸렌 수지만을 사용하여 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1∼5 및 비교예 1에 따라 얻어진 기능성 필름에 대하여 다음과 같은 방법으로 평가하였다.
나노 클레이의 분산성
초고분자량 폴리에틸렌 수지에 첨가된 몬모릴로나이트의 분산 정도를 알아보기 위하여 X-선 회절(Wide Angle X-ray Diffractormeter; WAXD), 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM), 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope; TEM)을 사용하였다. X-선 회절 시험은 Cu-Kα 타겟을 이용하는 PANalytical(Netherland)사의 X'Pert PRO-MRD를 사용하여 측정하였고, 측정 범위와 측정 속도는 2θ=1～12°와 2°/min.으로 상온에서 측정하였다. 주사전자현미경은 Hitachi S-2400을 사용하였으며, 투과전자현미경은 CARL ZEISS사의 Leo 912 OMEGA EF-TEM을 사용하였다.
인장강도
성형된 필름의 인장강도는 Instron Mechanical Tester(모델번호 5564)를 사용하여 측정하였고, cross-head 속도는 20㎜/min.으로 하였다. 인장 시험의 정확한 값을 얻기 위해 각 시료 당 약 10회 이상의 실험으로 최저값과 최대값을 버리고 나머지를 평균하였다.
열분석
성형된 필름의 열적 성질을 조사하기 위하여 Dupont사의 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimetry; DSC)와 열무게분석계(Thermogravimetric Analysis; TGA)를 이용하여 20℃/min.의 승온속도로 질소분위기 하에서 측정하였다.
기체 투과도
초고분자량 폴리에틸렌 필름 내의 나노 클레이 함량에 따른 가스투과도를 측정하기 위하여 각각의 함량에 따른 필름 형태의 시료를 제조하여 질소(N2)와 이산화탄소(CO2)에 대한 기체투과도를 측정하였다.
도 1은 나노 클레이의 농도에 따른 나노 클레이/초고분자량 폴리에틸렌 혼합 필름의 X-선 회절도 결과이다. 도 1에서 보면, 순수한 나노 클레이인 마이카의 고유 피크는 2θ=7.02°(d=12.58Å)과 2θ=9.12°(d=9.69Å)에서 매우 예리하게 나타났다. 이 나노 클레이를 유기화 처리시킨 것은 각각 2θ=2.72°(d=32.44Å)과 2θ=5.46°(d=16.17Å)에서 특성 피크 값이 나타났다. 유기화 부분이 도입된 합성한 유기화 점토는 점토 층간 거리를 상당히 벌려주어 고분자 사슬의 삽입에 매우 좋은 유기화 나노 클레이 임을 알 수 있다. 나노 클레이의 양이 1중량% 첨가하였음에도 2θ=2.72°의 약한 결정화 피크를 볼 수 있었고, 나노 클레이의 양이 3중량% 까지 증가하면 X-선 피크의 세기는 매우 증가하였는데, 이는 유기화 나노 클레이의 첨가가 어느 정도 이상이 되면 과다한 나노 클레이의 첨가로 인해 생기는 뭉침현상으로 설명 할 수 있다. 이 결과로부터, 나노 클레이가 일정 함량 이상에서는 초고분자량 폴리에틸렌 수지 내에 균일하게 분산되지 못한다는 것을 알 수 있다. 도 2와 3은 전자현미경을 이용하여 성형된 필름 내의 나노 클레이의 분산 정도를 관찰한 것이다. 도 2에서 보면 나노 클레이의 함량이 증가할수록 파단면이 점점 거칠어지며 3중량% 첨가의 경우에는 표면이 매우 거칠어짐은 물론이고 작은 구멍(void)들이 관찰되어 분산이 매우 불량함을 알 수 있다. 따라서 이런 경우에는 나노 클레이의 함 량이 증가할수록 클레이끼리 서로 뭉치게 되어 고분자 수지와의 상용성은 떨어지게 된다. 도 3은 나노 클레이의 함량 3중량%인 필름을 투과전자현미경으로 관찰한 것이다. 사진에서 볼 수 있듯이 부분적으로 분산된 형태와 뭉친 형태가 공존하고 있음이 확인된다. 따라서 나노 클레이의 첨가량 2중량%가 뭉침현상이 없고 균일한 분산이 가능한 조건임을 알 수 있다. 도 4는 나노 클레이의 함량에 따른 초고분자량 폴리에틸렌 필름의 가스투과도를 나타낸 그래프이다. 무기 첨가제가 분산된 나노 복합재료들은 첨가제의 양에 따라 기체투과도가 대체로 감소하는 것으로 알려져 있다. 고분자를 매트릭스로 사용하였을 경우에도 고분자 사슬과 첨가제 사이의 상용성이나 인력에 따라 투과도에 큰 변화를 주게 된다. 예를 들어, 두 물질 사이의 상용성이 클 때에는 고분자 매트릭스 중에 존재하는 큰 aspect ratio를 가지는 단단한 판 모양의 클레이로 인해 기체 분자가 쉽게 통과하지 못하고 구부러진 경로를 지나야 하기 때문에 자연히 기체 투과도는 감소하게 된다. 도 4에서 보면 나노 클레이의 함량 2중량%까지 가스투과도 값이 급격히 저하됨을 알 수 있다. 반면에 2중량% 이상의 첨가시에는 가스투과도 값이 거의 변화가 없음을 알 수 있다. 이는 나노 클레이의 분산 정도와 관련이 있는데 2중량% 이상의 첨가량부터는 나노 클레이의 분산성이 떨어져 상기에 설명한 기체 투과도에 크게 영향을 미치지 못한 결과로 설명될 수 있다.
[표 1] 제조된 기능성 필름의 물성
평가항목 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
인장강도 MPa 937 950 1053 1316 933 877
유리전이온도(Tg) ℃ -6 -2 0 0 0 -24
용융온도(Tm) ℃ 133 133 136 134 136 133
분해온도(TD i) ℃ 437 437 439 443 442 436
가열시의 잔여물(wtR 600) ℃ 2 2 2 2 4 1
상기 실시예 1~5와 비교예 1에 의하여 제조된 필름의 기계적인 강도와 열적 특성을 표 1에 나타내었다. 상기 표에서 보면 인장강도의 경우 나노 클레이의 함량이 0중량%에서 2중량%로 증가함에 따라 877MPa에서 1316MPa로 약 50% 증가함을 알 수 있다. 반대로 나노 클레이의 함량 3중량%에서는 933MPa로 오히려 인장강도가 감소하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 과량의 나노 클레이가 효과적으로 분산되지 못하고 뭉쳐서 생기는 현상으로 설명할 수 있으며 도 3의 전자현미경 사진으로도 확인할 수 있다. 유리전이온도의 경우, 나노 클레이의 첨가에 따라 18∼20℃ 증가함을 확인할 수 있는데 이는 나노 클레이 층 사이에 끼어 있는 고분자 사슬의 움직임이 어려워져 증가된 것으로 생각할 수 있다. 그러나 용융온도의 경우 나노 클레이의 첨가에 대한 영향을 크게 받지 않음을 알 수 있다. 초기분해온도는 나노 클레이의 함량 2중량% 까지는 증가하다가 그 이상의 함량에서는 오히려 낮아져 더 이상 증가하지 않음을 알 수 있다. 이는 나노 클레이의 함량 2중량% 까지는 나노 클레이가 수지 내에 고르게 분산되어 열이 이동하는 경로를 차단해서 높은 온 도로 가열 시 고분자 성분의 휘발을 억제했기 때문으로 생각된다. 나노 클래의 함량 증가에 따른 600℃에서 가열시의 잔여물 중량 값은 크게 변하지 않고 일정하였다.
본 발명은 상기 실시 예에 대해 예를 들어 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리 범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 수정 또는 변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 나노 클레이를 초고분자량 폴리에틸렌 수지에 효과적으로 분산시켜 필름을 제조함으로써, 가스차단성과 강도가 매우 우수한 기능성 필름을 제공할 수 있다.
둘째, 분자량 200만 이상의 초고분자량 폴리에틸렌 수지 내에 나노 클레이 층이 완전 박리·분산되어 있는 나노 클레이/초고분자량 폴리에틸렌 혼합 용액을 제조하고, 그 혼합 용액을 이용하여 우수한 기계적 물성을 가진 기능성 필름을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 나노 클레이 함유 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용한 기능성 필름의 제조방법에 있어서,
    중량평균분자량이 2∼5×106 ㎏／k㏖인 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 파라핀 오일에 용해시키는 단계 Ⅰ;
    클레이를 유기화 처리한 후 오일에 분산시켜 나노 클레이 분산액을 준비하는 단계 Ⅱ;
    상기 단계 Ⅰ에서 폴리에틸렌 수지가 용해된 오일에 상기 단계 Ⅱ에서 준비된 클레이 분산액을 첨가하면서 교반시켜 나노 클레이/초고분자량 폴리에틸렌 혼합 용액을 제조하는 단계 Ⅲ; 및
    상기 단계 Ⅲ에서 제조된 상기 혼합 용액을 이용하여 기능성 필름을 제조하는 단계 Ⅳ;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 필름의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 Ⅰ에서 오일에 용해된 초고분자량 폴리에틸렌 수지의 농도가 3∼25중량%인 것을 특징으로 하는 기능성 필름의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 Ⅱ의 클레이로는 유기화 처리된 몬모릴로나이트인 것을 특징으로 하는 기능성 필름의 제조방법.
  6. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 기능성 필름.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기능성 필름은 총고형분 100에 대하여 클레이 함량이 0.5~2.5 중량부이고, 인장강도는 900 MPa 이상인 기능성 필름.
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