KR100885154B1 - 통기성과 인장강도가 향상된 통기성 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공성이 우수한 통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를 이용한 통기성 필름의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 폴리에틸렌계 수지계 40~80중량부에 대하여 서로 입자 크기가 다른 2종류의 무기충진재 60~20중량부가 첨가된 조성물을 용융성형한 필름을 일축 연신배율 1.5배~5배 범위로 연산하여 제조되는 것을 특징으로 하는 통기성 필름의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 제조방법으로 제조된 통기성 필름은 부드러운 촉감을 가지면서도 필름 가공성, 각종 무기물 충진제 및 첨가제들의 분산성이 우수하여 적정 강도와 모습도를 가지며 기저귀 백시이트, 방수의류 등에 사용하기에 적합한 것이다.

통기성 필름, 무기충진재, 폴리에틸렌, 입자 크기

Description

통기성과 인장강도가 향상된 통기성 필름의 제조방법{Method of breathable film having improved ventilation and tensile strength}

본 발명은 부드러운 촉감을 가지면서도 강도가 우수하고 적정 투습성 대비 원가가 저렴함과 동시에 연신 가공성이 우수한 통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를 이용한 통기성 필름의 제조방법에 관한 것이다.

통기성 필름은 일회용 기저귀, 방수의류, 포장재료, 위생재료 등 여러 용도로 사용되고 있다. 그 중에서도 특히 최근 다량 사용되고 있는 일회용 기저귀에는 장시간 착용시 피부 호흡의 방해로 피부가 짓물리는 등 소위 다이어퍼래쉬라는 현상을 방지하기 위해 적정 투습성을 가진 통기성 필름이 백시이트로서 널리 사용되고 있다.

통기성 또는 다공성 필름을 제조하는 방법으로 여러 가지가 있으나 그 중에서도 경제성이 가장 높고 현재 상업화되어 있는 방법이 폴리올레핀 수지에 무기충진재를 혼합하여 필름 성형 후 일축 또는 이축 연신에 의해 수지와 충진재와의 계 면 분리를 이용하여 미세한 구멍을 형성시키는 것이다.

종래 통기성 필름은 일본 특허공개공보 소58-14903호, 소60-185803호, 소59-58906호 및 미국특허 제4,472,328호 등에 개시된 바와 같이 주로 폴리에틸렌계 수지인 폴리올레핀수지에 무기충진재를 특정 배율로 첨가한 후 공지의 방법으로 용융제막하여 얻어진 시이트를 연신하여 수지와 무기충진재 사이 계면에서 미세한 기공이 연속적으로 형성되게 함으로써 통기성 필름을 얻는 방법이 다수 제안되어 왔다.

그런데 통기성 필름은 미세한 다공성을 가지고 있는 까닭으로 기존 사용하던 비통기성 필름 대비 기계적 물성, 특히 1축연신시 폭방향으로의 인장강도, 연신방향으로의 인열강도 등의 강도가 매우 열악해지는 큰 문제점이 있어 그 개선이 시급히 요청되어 왔다. 특히 일회용 기저귀는 구조적으로 통기성 필름의 폭방향으로 기저귀의 귀부분을 잡아당겨 테이프 점착을 하도록 되어 있어 폭방향의 인장강도, 인장강도의 개선이 필요한데, 통기성 1축연신 가공품은 길이 방향에 비하여 폭방향의 물성이 너무 낮아 기저귀의 귀부분을 사용할 때 찢어지는 등 기저귀를 사용하는 소비자들이 많은 불편을 겪어왔다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 유럽공개특허 제66,872호(1982)나 유럽공개특허 제307,116호(1988), 유럽공개특허 제459,142호(1991), 유럽공개특허 제779,325호(1997출원)등과 같이 폴리올레핀과 무기충진재에 지방산류의 제3의 물질을 첨가하여 필름의 부드러움을 증가시키거나, 필름의 종적 방향과 횡적 방향의 물성상의 불균형을 해소하는 것을 해결방법으로 제시하고 있다. 이러한 제3의 첨가제는 압출과정에서 고함량의 무기충전제의 혼합과 분산을 가능하게 하며, 필름 가공 시 균일한 연신물을 생산할 수 있는 등의 중요한 역할을 함으로써, 상기 발명들의 핵심내용을 이루고 있다.

그러나 종래기술에서 채택한 상기의 제3성분은 대부분 매우 고가이어서 원가가 크게 상승함은 물론 분자량이 수백 내지 수천 정도밖에 되지 않는 저분자량인 관계로 이런 성분의 용출에 의한 연신 홈, 오염, 용융압출가공시 이상유동에 의한 두께 불안정 등 필름 가공공정상 제부작용이 나타남으로써 이에 대한 개선이 절실히 필요하게 되었다.

이에 본 발명에서는 폴리에틸렌 수지에 서로 입자 크기가 다른 2종류의 무기충진재로 구성된 혼합 무기충진재를 건식 블렌드 시키고 압출기 내에서 용융훈련하여 컴파운드 펠렛을 제조하고, 이 펠렛을 사용하며 통기필름을 제조함으로써 강도가 우수하고 원가가 저렴한 통기성 필름을 얻을 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

본 발명은 밀도 0.913~0.930g/cc의 폴리에틸렌 수지 40~80중량부에 대하여 입자 크기 0.5~1.5미크론의 무기충진재 30~10중량부와 입자 크기 1.5~2.5미크론의 무기충진재 30~10중량부를 배합한 조성물을 용융성형한 필름을 일축 연신배율 1.5배~5배 범위로 연신하여 제조되는 것을 특징으로 하는 통기성 필름을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 조성물은 폴리에틸렌 수지 및 서로 입자크기가 다른 2종류의 무기충전제로 필수적으로 이루어지고, 선택적으로 활제, 가공조제, 산화방지제 및/또는 이산화티타늄을 더욱 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서 폴리에틸렌계 수지는 지귤러-니타계 촉매 또는 메탈로센게 촉매를 사용하여 중합된 폴리에틸렌계 단독중합체 또는 공중합체로서, 대표적인 예로서 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 중밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 등을 들 수 있는데, 공중합체는 가령 프로필렌, 부텐, 헥센, 옥텐 등과의 공중합체를 들 수 있다.

본 발명에서는 폴리에틸렌계수지로서, 상기한 폴리에틸렌계 단독중합체 또는 공중합체를 1종 이상 사용할 수 있다.

본 발명의 적합한 폴리에틸렌계 수지의 용융지수는 1~6g분/10분(ASTM D1238-70에 따라 190℃, 2.16㎏하에서 측정)범위의 것이 적당하다. 용융지수가 1g/10분 미만일 경우에는 압출용융하여 원판 시이트를 제조할 때 이상유동이 발생하여 균일한 필름을 얻기가 어렵고, 1g/10분을 초과하게 되면 균일 연신성이 악화된다.

본 발명에 있어서 무기충진재는 탄산칼슘이나 황산바륨이 바람직하여, 입자 크기가 작은 무기충진재는 평균입도가 0.5~1.5미크론인 범위의 것이 바람직하고, 입자 크기가 큰 무기충진재는 평균입도가 1.5~1.5미크론인 범위의 것이 바람직하다. 만일 무기충진재의 평균 밀도가 0.5미크론 미만이면 통기성 컴파운드 제조시 혼련성이 떨어져 원하는 물성을 나타낼 수 없는 문제점이 있고, 평균입도가 1.5미크론을 초과하면 통기성 필름 제조시 구멍(핀홀)발생 빈도가 증가하여 불량 발생이 많아지게 된다. 또한 상기 무기충진재를 코팅하지 않고 사용할 수도 있고, 스테아린산계 지방산으로 코팅한 것을 사용할 수도 있다.

또한 입자 크기가 작은 무기충진재의 함량이 30중량부를 초과하는 경우에는 원하는 투습도를 얻을 수 없고, 10중량부 미만의 경우에는 원하는 통기도를 얻을 수 없게 된다.

가공상의 활제로 폴리올레핀 수지 100중량부에 대해 0.05~3중량부로 첨가된다. 활제의 양이 0.05중량부 미만이면 가공시 활제의 역할을 충분히 할 수 없고, 3중량부를 초과하면 통기성 필름 성형시 다이 빌드 업(Die Build up) 현상이 심하게 나타나 생산 효율이 감소하게 된다. 상기 활제로는 스테아린산 칼슘이나 스테아린산 아연으로 단독 또는 두 가지를 동시에 사용할 수 있다.

산화방지제는 폴리올레핀 수지 100중량부에 대해 0.05~3중량부로 사용된다. 상기 산화방지제의 사용량이 0.05중량부 미만이면 산화방지 효과를 바라는 만큼 나타낼 수 없고, 3중량부를 초과하면 산화방지 효과의 증가를 더 이상 기대할 수 없다. 상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제나 인산계 산화방지제를 단독 또는 두 가지를 동시에 사용할 수 있다.

또한, 필름의 백색도나 은폐력을 증가시키기 위해 첨가하는 성분으로 이산화티타늄을 폴리올레핀 수지 100중량부에 대해 0.1~3중량부로 사용한다.

이렇게 이루어진 상기 조성물은 T-다이 압출기로 필름상으로 압출하면서 일축 연신하여 통상의 생산속도보다 1.5~5배의 생산속도로 통기성 필름을 제조할 수 있다. 일반적으로, 생산속도는 기계의 특성 및 필름의 사용용도에 따라 조절될 수 있는데, 본 발명에서는 동일 기계에서 1.5 내지 3.5배의 생산속도를 나타낼 수 있다.

본 발명의 목적은 기계적 물성이 우수하고 원가가 저렴하도록 한 통기성 필름용 컴파운드 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용하여 통기성 필름을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명자들은 상기와 같은 문제점들을 개선하고자 예의 연구를 거듭한 결과 무기물의 입자크기를 통기성 필름의 물성 사이에 다음과 같은 현상을 확인하였다.

첫째, 통기성 필름이 통기도는 기공의 갯수에 영향을 받고, 투습도는 기공의 크기에 영향을 받는다. 즉 무기충진재를 통일한 중량%로 처방할 경우, 통기도는 입자 크기가 적을수록(전체 입자수가 많을수록) 우수하나 투습도는 입자크기가 클수록(전체 입자수가 적을수록) 우수하다.

둘째, 통기성 필름의 구멍(핀홀) 불량은 기공의 크기(무기충진재의 입자 크기)가 클수록 더 악화된다.

셋째, 기계적 방향의 인열강도는 기공의 크기(무기충진재의 입자 크기)가 클수록 더 악화된다.

넷째, 생리대와 같이 고통기도와 저투습도가 필요한 경우, 통상 무기충진재의 함량을 낮추어서 투습도를 조절하는데 이는 원가가 상승된다.(폴리에틸렌 가격 은 약 1000원/㎏이며 무기충진재의 가격은 약 300원/㎏임)

따라서, 무기충진재를 입자크기가 큰 것과 작은 것을 혼합 사용하면, 우수한 통기도를 유지하면서도 상기의 입자크기가 증가함에 따른 제반 문제점을 해결할 수 있다. 또한 생리대와 같이 고통기도와 저투습도의 용도에서는 무기충진재의 조성에서 입자 크기가 적은 것의 함량을 증가하고 전체 무기충진재의 함량을 유지함으로서, 원가 상승 없이 생리대의 요구 조건을 충족할 수 있다.

폴리에틸렌계 수지계 40~80중량부와 입자 크기가 다른 2 종류의 무기충진재 60~20중량부로 구성되는 혼합 무기충진재를 배합한 조성물을 용융성형한 필름을 일축 연신배율 1.5배~5배 범위로 연신하여 제조되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의한 통기성 필름은 부드러운 촉감을 가지면서도 필름 가공성, 각종 무기물 충진재 및 첨가제물의 분산성이 우수하며 적정 강도와 투습도를 가지며 기저귀 백시이트, 방수의류 등에 사용하기에 적합한 것이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실험방법은 다음과 같다.

실시예와 비교예의 각각 조성물을 슈퍼 믹서로 건식 혼합하고, 압출 온도가 평균 220℃로 유지되는 L/D=36인 이축압출기를 사용하여 상기 조성물을 컴파운딩하여 펠렛을 제조하고, 제조된 컴파운드를 압출기 스크류 직경이 130㎜인 T-다이 필름 성형기를 사용해 기계방향으로 2배 일축연신하여 40m/min의 생산속도로 평량이 35g/m인 통기성 필름을 제조하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

본 비교예에서는 일반 캐스팅을 선형저밀도 폴리에틸렌(M.I. = 3.0. 밀도 =0.923, 공중합 단량체 = 헥센)에 무기충전제로 평균 입경 2미크론인 탄산칼슘만을 배합하여 통기성 컴파운드를 제조하였다. 이 컴파운드를 이용하여 고통기도와 고투습도가 요구되는 기저귀용 통기성 필름을 제조하였다.

실시예 1

본 실시예에서는 일반 캐스팅용 선형저밀도 폴리에틸렌(M.I. = 3.0. 밀도 =0.923, 공중합 단량체 = 헥센)에 평균 입경 1미크론인 탄산칼슘과 평균 입경 2미크론인 탄산칼슘을 혼합 배합하여 통기성 컴파운드를 제조하였다. 이 컴파운드를 이용하여 고통기도와 고투습도가 요구되는 기저귀용 통기성 필름을 제조하였다.

비교예 2

본 비교예에서는 일반 캐스팅을 선형저밀도 폴리에틸렌(M.I. = 2.0. 밀도 =0.918, 공중합 단량체 = 옥텐)에 무기충전제로 평균 입경 2미크론인 탄산칼슘만을 배합하여 통기성 컴파운드를 제조하였다. 이 컴파운도를 이용하여 고통기도와 저투습도와 고강성이 요구되는 생리대용 통기성 필름을 제조하였다.

실시예 2

본 실시예에서는 일반 캐스팅을 선형저밀도 폴리에틸렌(M.I. = 2.0. 밀도 =0.918, 공중합 단량체 = 옥텐)에 평균 입경 1미크론인 탄산칼슘과 평균 입경 2미크론인 탄산칼슘을 혼합 배합하여 통기성 컴파운드를 제조하였다. 이 컴파운드를 이용하여 고통기도와 저투습도와 고강성이 요구되는 생리대용 통기성 필름을 제조하였다.

[표 1]

컴파운드 조성 및 평가 결과	비교예 1	실시예 1	비교예 2	실시예 2
선형저밀도 폴리에틸렌(M.I.= 3.0.밀도 =0.923, 1400원/㎏,공중합 단량체=헥센	50	50
선형저밀도 폴리에틸렌(M.I.= 2.0.밀도 =0.918, 1500원/㎏, 공중합 단량체 = 옥텐)			50	50
탄산칼슘 파우다(평균입경=2미크론)	50	25	45	20
탄산칼슘 파우다(평균입경=1미크론)		25		30
저밀도 폴리에틸렌(LDPE)(M.I.=5.0)	0.3	0.3	0.3	0.3
산화방지제(이가늑스 B 225)	0.3	0.3	0.3	0.3
촬제(칼슘스테아레이트/징크스테아레이트=1:1)	0.3	0.3	0.3	0.3
통기도(g/㎡·24hrs)	8000	10000	5000	7000
투습도(WVTR g/㎡·24hrs)	5000	5200	2000	2100
인장강도(MD/TD)	1500/500	1700/600	1700/500	1700/600
신율(MD/TD)	150/400	170/470	160/480	170/490

상기 표 1에 나타난 물리적 특성은 하기 방법으로 측정하였다.

* 소프트니스 : KS M3016에 따라 3%의 신율에서의 종적방향(기계방향) 인장강도를 측정하였다.

* 통기도 : 최대 필름 생산 속도 : 실제 생산에 사용되고 있는 필름 장비를 활용하여, 육안으로 관찰되는 압출 불균일에 의한 두께 편차가 발생하기 전의 최대 생산 선속도를 5m/min 단위로 관찰하였다.

* 투습도 : ASTM E96-92에 준하여, 항온항습 조건하에 일정시간 보관 후 무게증가에 따른 투습도를 측정하였다.

* 인장강도 및 인장 신율 : KS M3016에 따라 종적방향(기계방향) 및 횡적방향(기계수직방향)에 따른 파단 시 인장강도 및 신율을 측정하였다.

Claims (2)

1. 밀도 0.913~0.930g/cc의 폴리에틸렌계수지 40~80중량부와 평균 입경 1미크론인 무기충진재 30~10중량부와 평균 입경 2미크론인 무기충진재 30~10중량부로 구성되는 조성물을 용융성형한 필름을 1.5~ 5배의 연신배율로 연신하는 것으로 특징으로 하는 통기성 필름의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 무기충전재는 탄산칼슘 또는 황산바륨 중 선택된 1종 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 통기성 필름의 제조방법.