KR100867931B1 - 내수압성이 우수한 통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를이용한 통기성 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통기성 필름용 컴파운드 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일 또는 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물 100중량부에 대하여 변성폴리올레핀 0.1 ~ 10중량부 및 무기충진제 50 ~ 150중량부를 포함하는 통기성 필름용 컴파운드 조성물과 이를 이용하여 제조 되는 통기성필름에 관한 것이다.

본 발명에 따른 통기성 필름은 높은 투습도를 유지하면서도 내수압성이 우수하여 통기성 필름에서 특히 높은 내수압성이 필요한 분야에 널리 쓰일 수 있다.

통기성 필름, 컴파운드, 내수압성, 폴리올레핀 수지, 변성폴리올레핀, 투습도

Description

내수압성이 우수한 통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를 이용한 통기성 필름{A method for manufacturing a compound for excellent ventilation and resistance to water penetration of the breathable film}

본 발명은 기저귀, 의류, 포장재료, 위생재료등에 사용하기 위한 통기성 필름 및 이를 제조하기 위한 통기성 필름용 컴파운드 조성물에 관한 것이다.

통기성 필름은 공기 및 수증기등 기체는 통과시키나 물과 같은 액체는 통과되지 않는 필름으로 일회용 기저귀 및 일회용 생리대의 커버, 스포츠웨어, 방역복과 같은 일회용 의류나 방수 의류, 건축용 하우스랩, 포장재료, 위생재료등 여러 용도로 사용되고 있다. 통기성 필름을 적용하는 제품마다 요구되는 물성이 상이하고 다양하여 용도별로 적합한 물성을 유지하기 위해서는 컴파운드 조성물 종류와 함량을 적절하게 설계해야 한다.

통기성 필름용 컴파운드는 여러 가지의 방법으로 제조할 수 있으나, 그 중에서도 폴리올레핀 수지에 무기 충진제를 혼합하여 컴파운드를 만든 후 이를 필름으 로 성형하고, 필름을 이축 또는 일축 연신하여, 수지와 충진제와의 계면을 물리적으로 분리시켜, 미세 기공을 형성함으로써 통기성을 확보하는 방법이 가장 널리 사용되는 방법이다.

한편, 무기 충진제를 이용하여 통기성 필름을 제조하는 방법들을 살펴보면, 국내공개특허 2001-0010884에서는 용융지수가 높은 폴리에틸렌 수지를 사용하여 무기 충진제와 수지의 계면 접착력을 저하시켜 투습도를 향상시키고 있으나, 이는 내수압 특성을 중요시 하는 일회용 의류에 적용하기에는 적합하지 않으며, 공개특허 2001-0036707에서는 에틸렌계 저결정성 고분자를 이용하여 필름 성형시 우수한 가공성을 갖도록 하여 필름 생산시 고속으로 생산이 가능토록 하고 있으나, 저결정성 고분자로 인하여 필름의 물성이 현저히 떨어지고, 고속 생산으로 인해 기공의 조절이 용이하지 않아 내수압성이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 국내공개특허 2007-0052957에서는 변성폴리올레핀을 이용함으로서 필름의 연신 과정에서 수지와 무기충진제 사이의 계면 파괴를 억제하여 필름내 공간의 크기와 면적을 감소시켜서 투습도가 저하되도록 하였기 때문에 높은 통기도와 투습도가 요구되는 제품에는 적용할 수 없는 단점이 있다.

이렇듯, 통기성,가공성을 유지하면서 높은 내수압성이 필요한 통기성 필름용 컴파운드가 요구되는 실정이다.

본 발명은 무기충진제와 수지의 계면 분리를 적절히 조절할 수 있는 통기성 컴파운드를 설계하여 최종 제품인 통기성 필름의 투습도가 높으면서도 기계적 물성과 내수압성이 우수한 통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를 이용한 통기성 필름을 제공한다.

상기의 과제를 해결하고자 본 발명은 단일 또는 2 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물 100 중량부에 대하여 변성폴리올레핀 0.1 ~ 10 중량부 및 무기충진제 50 ~ 150 중량부를 포함하는 통기성 필름용 컴파운드 조성물을 제공한다.

상기의 통기성 필름용 컴파운드 조성물은 투습도가 높으면서도 내수압성이 우수한 통기성 필름을 제조하기 위하여 설계된 조성으로서, 내수압성을 높이기 위하여 본 발명은 변성 폴리올레핀을 적절히 사용하여 폴리올레핀 수지와 무기 충진제의 계면 분리를 조절함으로써, 기존 통기성 필름이 갖고 있던 내수압성을 더욱 향상시킨다.

그러나 내수압성을 향상하기 위해 변성 폴리올레핀을 첨가할 경우, 계면분리가 미흡함에 따라 투습도의 저하가 일어나게 되는데 이를 방지하기 위해 변성 폴리올레핀의 함량 및 물성을 선택하는 것이 중요하며, 또한 폴리올레핀의 경우 단일 또는 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌을 저밀도 폴리에틸렌과 혼합하여 사용하는 것이 좋고, 특히 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 밀도와 분자량 및 공중합단량체를 조화시켜서 계면 분리시 형성되는 기공의 크기를 일정하게 유지하여 기공의 총면적 저하를 방지하는 것이 매우 중요하다.

상기 조성물로 제조된 통기성 필름의 응용형태를 일 예로 들면, 의류에 적용하는 경우 투습도가 높아 인체에서 발생하는 땀등의 습기는 외부로 방출하면서도 공기는 방출하지 않아 단열효과 및 내부의 습도가 낮아져 쾌적한 착용감을 가질 수 있고, 동시에 내수압성이 우수하여 액체 상태인 물은 필름 내부로 들어오지 않아 방수효과가 뛰어나게 된다.

특히 내수압성은 물이 많은 작업환경에서 일하는 일회용 의류의 적용에 매우 중요한 요인으로서, 상기 내수압성을 높이기 위하여 본 발명은 변성 폴리올레핀을 적절히 사용하여 폴리올레핀 수지와 무기 충진제의 계면 분리를 조절함으로써, 기존 통기성 필름이 갖고 있던 내수압성을 더욱 향상시킨다.

상기 변성폴리올레핀은 폴리올레핀에 폴리올레핀 이성질체, 폴리아미드, 에틸렌, 비닐알코올, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 또는 금속에서 선택되는 어느 하나이상의 작용기가 도입된 접착력이 있는 올레핀수지이다.

상기 변성폴리올레핀의 예로서 미쯔이 케미칼(Mitsui Chemical)사의 상품명 애드머(Admer), 에스케이(주)의 폴리글루(Polyglue), 호남석유화학의 애드폴리(Adpoly) 등의 제품이 본 발명을 수행하기에 적합하다.

본 발명에서는 수지에 무수말레인산을 그래프트 공중합하여 제조한 변성폴리 올레핀을 사용하였다.

상기 변성 폴리올레핀은 단일 또는 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물 100중량부에 대하여 0.1 ~ 10중량부로 사용하는 것이 좋다.

변성 폴리올레핀의 사용량이 0.1중량부 이하이면 폴리올레핀 수지와 무기 충진제와 계면 접착력이 부족하여, 기공의 크기가 불균일해져 충분한 내수압성을 얻을 수 없으며, 10중량부를 초과하게 되면, 폴리올레핀 수지와 무기 충진제와 계면 접착력이 과도하여, 기공의 형성이 어려워져서 원하는 투습도를 얻을 수가 없고, 보다 효과적인 내수압성을 위하여는 0.6 ~ 3중량부로 사용하는 것이 더욱 좋다.

또한 상기 변성 폴리올레핀은 용융지수가 3.5 ~ 10인 변성 폴리올레핀을 사용하는 것이 좋다.

용융지수는 일정한 부하와 온도에서 10분 동안 모세관을 흐르는 수지의 무게를 나타내며, 용융지수에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 분자량과 분자량분포이다. 일반적으로 분자량과 용융지수는 반비례한다.

상기 변성 폴리올레핀의 용융지수가 3.5 미만이면 투습도가 낮아져 투습도와 내수압성이 동시에 우수한 통기성 필름을 얻기가 힘들고, 용융지수가 10을 초과하면 필름의 기계적 물성이 열세이므로 좋지 않으며, 보다 효과적인 투습도와 내수압성을 위하여는 용융지수가 4 ~ 6인 변성 폴리올레핀을 사용하는 것이 더욱 좋다.

본 발명의 단일 또는 2 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물은 단일 또는 2 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌에 대하여 3 ~ 5배의 중량으로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.

선형 저밀도 폴리에틸렌이 저밀도 폴리에틸렌에 대하여 3배 미만이면 기계적 물성 저하 및 필름의 핀홀 발생이 증가하고 5배를 초과하면 저밀도 폴리에틸렌에 의한 필름 가공성이 저하되므로 좋지 않다.

선형저밀도 폴리에틸렌은 공중합 단량체가 부텐, 헥센 및 옥텐으로 이루어진 군에서 선택되는 선형 저밀도 폴리에틸렌 중 단일로 사용하거나 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.

특히 상기 공중합 단량체가 헥센 또는 옥텐으로 이루어진 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 구성된 선형 저밀도 폴리에틸렌은 공중합 단량체가 헥센인 선형 저밀도 폴리에틸렌이 공중합 단량체가 옥텐인 선형 저밀도 폴리에틸렌에 대하여 0.5 ~ 2배의 중량으로 사용하는 것이 좋으며, 상기 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 구성된 선형 저밀도 폴리에틸렌은 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌의 용융지수 및 밀도가 서로 상이한 선형 저밀도 폴리에틸렌을 사용하는 것이 투습도의 향상에 보다 효과적이다.

상기 선형저밀도 폴리에틸렌 수지와 저밀도 폴리에틸렌수지로 밀도가 0.915 ~ 0.925g/cc이며, 용융지수는 1 ~ 10인 범위를 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 폴리에틸렌수지의 밀도가 0.915g/cc 이하이면 필름의 인장강도가 현저히 저하되고, 0.925g/cc이상이면 연신이 불균일하게 되어 오히려 필름 물성 안정성과 내수압성이 떨어지는 경향이 있다.

또한 용융수지가 1이하이면 필름 성형 시 가공부하가 커지게 되어 생산성이 저하되고 흐름성이 일정치 않아서 필름 성형성이 불안정 하게 되고, 10이상이면 필름의 기계적 물성이 저하된다.

본 발명에 사용되는 무기 충진제는 단일 또는 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물 100중량부에 대하여 50 ~ 150중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 무기 충진제의 함량이 50중량부 이하이면 생성되는 미세기공의 수가 작아 투습도가 저하되어 좋지 않고, 150중량부를 초과하여 사용하면 내수압성이 떨어져 효과적이지 못하다.

상기 무기 충진제는 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 탈크, 카울린, 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘에서 선택되는 어느 하나이상의 무기물에 스테아린산을 코팅한 무기 충진제를 사용하는 것이 좋고, 특히 탄산칼슘이 바람직하다.

상기 무기 충진제는 평균 입경이 1.0 ~ 3.0㎛인 것이 적당하다. 평균 입자크기가 1.0μm미만이면, 통기성 컴파운드 제조시 무기 충진제의 혼련성이 떨어져 필름 성형시 피쉬아이의 원인이 되는 문제점이 있고, 평균 입경이 3.0㎛를 초과하게 되면 핀홀 발생의 원인이 된다.

한편 상기 통기성 필름용 컴파운드 조성물은 필름의 물성과 가공성을 향상시키기 위하여 산화방지제, 활제 및 필름의 백색도와 은폐력을 향상시키기 위한 이산화 티타늄에서 선택되는 어느하나 이상의 추가 화합물을 더 포함할 수 있다.

상기의 산화방지제, 활제 및 이산화 티타늄은 일반적인 통기성 필름의 제조에 사용되는 공지의 산화방지제, 활제 및 이산화 티타늄을 사용하되 본 발명의 사 상에 위배되지 않는다면 그 사용에 특별히 제한을 두지 않는다.

상술한 통기성 필름용 컴파운드 조성물은 마스터배치 형태로 제조하여 통기성 필름의 제조에 사용한다.

마스터배치란 플라스틱 원료를 사용하나 압출이나 사출등의 방법으로 가공 성형함에 있어서 만들고자하는 플라스틱 제품에 색상이나 어떠한 특수한 기능을 부여하고자 할 때 원하는 기능을 가지고 있는 첨가제를 기본 플라스틱원료에 투입하여 고농도로 농축,분산시켜 놓은 펠렛 형태의 원료를 뜻한다.

이는 특수한 기능을 가지고 있는 첨가제들이 대부분 일반적으로 가루상태이거나, 액체 상태이므로 직접 플라스틱 원료와 섞어서 사용하기 어려울 뿐만 아니라, 기본플라스틱 원료와의 혼련성이 나빠져서 첨가제의 분산 불량으로 원하는 색상이나 특수한 기능을 가진 플라스틱 제품을 만들 수 없게 되므로 플라스틱 원료와 마스터배치를 함께 섞어서 가공 성형함으로써 원하는 색깔이나 특수한 기능을 가진 플라스틱제품을 만들 수 있게 된다.

상기의 통기성 필름용 컴파운드 조성물은 통기성 필름을 제조하는 분야에 있어서 공지되어있는 통상의 제조방법으로 통기성 필름을 제조할 수 있다.

이러한 제조방법의 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이

a) 단일 또는 2이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물을 이축압출기에 투입하는 단계;

b) 상기 이축압출기에 무기 충진제를 투입하면서 용융압출하여 컴파운드를 제조하는 단계;

c) 상기 컴파운드를 티다이를 이용하여 일축 연신함으로 필름을 형성하는 단계;

를 포함하는 통기성 필름의 제조방법을 들 수 있다.

본 발명에 따른 통기성 필름용 컴파운드 조성물을 이용하여 제조된 통기성 필름은 투습도가 2,500 ~ 15,000g/m²·24h이고, 내수압성이 200 ~ 500mbar를 가진다.

본 발명에 따른 컴파운드를 이용하여 조제된 통기성 필름은 통기성이 우수한 것은 물론이고 내수압성이 탁월하여, 통기성 필름에서 특히 높은 내수압성이 필요한 분야에 널리 쓰일 수 있다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하는 바, 하기의 실시예 및 비교예가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

실시예와 비교예에서 제조된 통기성 필름의 물리적 특성은 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 인장강도와 신율은 KS M3016에 준하여 기계방향으로 5% 신장 시의 인장강도를 측정하였고, 투습도는 ASTM E96-92에 준하여 항온항습 조건하에 일 정시간 보관 후 무게 증가에 따른 투습도를 측정하였으며, 필름의 내수압성은 ISO 811에 준하여 측정하였다.

[실시예 1]

본 실시예 1에서는 무수말레인산 변성 폴리올레핀 수지로 미쯔이 케미칼사의 애드머를 사용하여 통기성 컴파운드를 제조하였다. 선형저밀도 폴리에틸렌 (용융지수=2.3, 밀도=0.923, 공중합 단량체=헥센) 80중량부, 저밀도폴리에틸렌 (용융지수=8.0, 밀도=0.918) 20중량부, 미쯔이 케미칼사의 애드머 NF528A(용융지수=4.0, 밀도=0.910) 3.0중량부, 산화방지제 (한농아데카 ADK2112) 0.3중량부, 스테아린산 칼슘(두본화학) 0.5중량부, 이산화티타늄 2중량부를 리본브렌더에 투입하여 10분간 혼합한 다음 압출온도가 200℃로 유지되는 이축압출기의 주투입구로 투입하고, 평균 입경이 2.0㎛이고, 스테아린산 아연으로 코팅된 탄산칼슘 100중량부를 이축 압출기의 측면 투입구로 투입하면서 용융압출하여 펠렛 형태로 제조하였다. 제조된 컴파운드를 티다이 필름 성형기로 일축 연신하여 평량이 23g/m²인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.

[실시예 2]

본 실시예 2에서는 변성 폴리올레핀의 수지인 미쯔이 케미칼사의 애드머 NF518A(용융수지=4.0, 밀도=0.910)의 중량비를 3.0에서 1.5로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 통기성 컴파운드를 제조하였다. 제조된 컴파운드를 티다이 필름 성형기로 일축 연신하여 평량이 23g/m²인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.

[실시예 3]

본 실시예 3에서는 공중합 단량체가 헥센인 선형저밀도 폴리에틸렌을 공중합 단량체가 옥텐인 선형저밀도 폴리에틸렌(용융지수=2.1, 밀도=9.18) 수지로 변경한 것 이외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 통기성 컴파운드를 제조하였다. 제조된 컴파운드를 티다이 필름 성형기로 일축 연신하여 평량이 23g/m²인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.

[실시예 4]

본 실시예 4에서는 공중합 단량체가 헥산과 옥텐인 2종의 선형저밀도 폴리에틸렌을 각각 40 중량비로 변경한 것 이외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 통기성 컴파운드를 제조하였다. 제조된 컴파운드를 티다이 필름 성형기로 일축 연신하여 평량이 23g/m²인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.

[비교예 1]

비교예 1에서는 변성 폴리올레핀의 수지를 사용하지 않은 것 이외에는 실시 예 1과 동일한 방법으로 통기성 컴파운드를 제조하였다. 제조된 컴파운드를 티다이 필름 성형기로 일축 연신하여 평량이 23g/m²인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.

[비교예 2]

본 비교예2에서는 변성 폴리올레핀의 수지인 미쯔이 케미칼사의 애드머를 NF518A(용융수지=2.0, 밀도=0.910) 로 변경한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 통기성 컴파운드를 제조하였다. 제조된 컴파운드를 티다이 필름 성형기로 일축 연신하여 평량이 23g/m²인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.

[비교예 3]

본 비교예 3에서는 변성 폴리올레핀의 수지인 미쯔이 케미칼사의 애드머를 NF498A(용융수지=3.0, 밀도=0.910) 로 변경한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 통기성 컴파운드를 제조하였다. 제조된 컴파운드를 티다이 필름 성형기로 일축 연신하여 평량이 23g/m²인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.

[표 1] 통기성 필름용 컴파운드 조성물의 중량비

[표2] 통기성 필름의 물성 비교

상기 [표2]에 정리한 결과에서 볼 수 있듯이, 비교예 1의 통기성 필름은 투습도는 높으나 내수압성이 떨어지고, 용융지수가 3.5 미만인 변성 폴리올레핀을 사용한 비교예 2 및 비교예 3의 통기성 필름은 내수압성은 우수하지만 투습도가 떨어지는 것을 알 수 있다.

그러나 본 발명에 따른 통기성 필름용 컴파운드 조성물로 제조된 필름은 고투습도를 유지하면도 우수한 내수압성을 갖는 것을 알 수 있었다.

도 1은 통기성 필름의 제조 공정도이다.

Claims (12)

1. 2 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물 100 중량부에 대하여 용융지수가 3.5~10인 변성폴리올레핀 0.1 ~ 10 중량부 및 무기충진제 50 ~ 150 중량부를 포함하되,

   상기 2 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물은 상기 2 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌이 저밀도 폴리에틸렌에 대하여 3~5배의 중량으로 혼합되고,

   상기 2 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌은 공중합 단량체가 헥센인 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 공중합 단량체가 옥텐인 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 선형 저밀도 폴리에틸렌이며,

   상기 공중합 단량체가 헥센인 선형 저밀도 폴리에틸렌이 공중합 단량체가 옥텐인 선형 저밀도 폴리에틸렌에 대하여 0.5~2배의 중량으로 구성되는,

   통기성 필름용 컴파운드 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 변성폴리올레핀은 폴리올레핀에 폴리올레핀 이성질체, 폴리아미드, 에틸렌, 비닐알코올, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 또는 금속에서 선택되는 어느 하나이상의 작용기가 도입된 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,

   상기 통기성 필름용 컴파운드 조성물은 산화방지제, 활제 및 이산화티타늄에서 선택되는 어느하나 이상의 추가 화합물을 더 포함하는 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 무기충진제는 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 탈크, 카울린, 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘에서 선택되는 어느 하나이상의 무기물에 스테아린산을 코팅한 것인 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 무기충진제는 평균입경이 1.0 ~ 3.0μm인 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
10. 제 1항, 제 2항 및 제 7항 내지 제 9항에서 선택되는 어느 한 항의 통기성 필름용 컴파운드 조성물을 이용하여 제조된 통기성 필름.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 통기성 필름은 투습도가 2,500 ~ 15,000g/m²·24hr인 통기성 필름.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 통기성 필름은 내수압성이 200 내지 500mbar인 통기성 필름.

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