KR100996418B1 - 열 접착된 부위의 개봉이 용이한 폴리올레핀계 수지 조성물 - Google Patents

열 접착된 부위의 개봉이 용이한 폴리올레핀계 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리올레핀계 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌수지, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌, 말레인산그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 등을 포함하는 것으로 저온 열봉합성이 뛰어나면서도 열접착 부위가 적당한 강도를 유지하므로서 개봉이 용이(열접착강도 : 700~1000g/15mm )하며, 경제적 측면에서도 유리한 폴리올레핀계 수지 조성물에 관한 것이다.
폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌수지, 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌.

Description

열 접착된 부위의 개봉이 용이한 폴리올레핀계 수지 조성물{A RESIN COMPOSITION OF POLYOLEFIN SERIES}
본 발명은 종이에 폴리에틸렌 수지를 코팅한 부위가 열 접착이 용이하도록 한 폴리올레핀계 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌수지, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌, 말레인산 그라프트된 그밀로 폴리에틸렌 수지를 포함하는 것으로, 저온 열봉합성이 뛰어나고 봉합부분의 열접착성이 적당한 강도를 유지하므로 열 접착부위의 개봉이 용이(열접착강도 : 700 ~1000g /15mm)하며 경제적 측면에서도 기존의 물질보다 유리한 폴리올레핀계 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 폴리올레핀계 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌수지, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌, 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 열접착성이 적당한 강도를 유지하는 폴리올레핀계 수지 조성물에 관한 것이다.
종래 이에 관련된 발명을 살펴보면, 폴리부텐, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 조성된 수지를 사용하여 열접착된 부분이 용이하게 개봉 가능한 필름을 제조하고 폴리프로필렌 용기에 이를 적용한 경우가 있으나, 이 경우 투명성 및 저온 접착 측면에서는 우수한 특성을 나타낸 반면, 폴리부텐의 확보가 어렵고 제품 가격이 고가인 점 때문에 생산 및 경제적인 측면에서 상대적으로 저가인 제품을 통해 열 접착된 부분이 용이하게 개봉이 가능한(이지필) 필름 개발이 요구되었다.
이후, 폴리부텐에 비해 저렴한 폴리스티렌을 사용하여 이지필 필름을 제조하는 기술이 개발되었으나, 이는 가격이 저렴한 반면, 필름의 투명성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 이러한 단점을 극복하기 위한 연구가 여전히 많이 행하여지고 있으며, 그 내용을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
일본국 특개평 6-328639호에 의하면 폴리부텐, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이지필 필름을 구성하여 폴리프로필렌 용기에 적용하였는데, 이 경우 투명성 확보 및 저온 접착 측면에서 우수한 특성을 나타내었으나 폴리부텐의 단가가 고가인 점 때문에 경제적인 측면에서 상대적으로 저가인 제품을 통해 이지필 필름 개발이 요구 되었다.
이후 특개평 6-287417호에서는 폴리부텐에 비해 저렴한 폴리스티렌을 사용하여 이지필 필름을 제조하였으나 투명성이 저하되어 개선해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 특허 공개번호 1995-0011119호는 무극성인 폴리에틸렌 수지에 극성수지를 혼합하여 종이와의 접착력을 향상시켰고, 필름 간의 블로킹을 방지하기 위하여 안정제 역할을 하는 왁스를 소량 첨가한 발명을 공개하였으나, 종이에 폴리에틸렌 수지를 코팅한 부위의 접착력이 좋기는 하나 강도가 너무 강하여 개봉이 용이하지 못한 단점이 있었다.
이러한 상황하에서 본 발명자들은 별도의 접착제 처리 없이 기재에 직접 접착이 가능하며, 폴리프로필렌계 수지의 우수한 기계적, 열적 성질을 살리면서도 상기한 종래 기술의 단점을 해결하여 투명도가 높고 저온하에서도 접착성이 우수함은 물론, 코팅한 부위의 접착력이 적당한 강도(열접착강도:700~1000g/15mm)를 유지하는 소재를 개발하였다. 또한 누구나 손쉽게 개봉할 수 있으면서도 저렴한 폴리올레핀계 수지 조성물을 개발하고자 하였으며,본 발명이 해결하고자 하는 과제도 바로 여기에 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 폴리올레핀계 수지의 열 접착성을 개선하고, 기존의 저렴한 수지들에 비해 투명성도 좋으며 접착 부위가 적당한 강도를 유지할 수 있도록 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌 및 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 물질을 사용한다. 이들 각물질을 혼합함에 있어 최대의 효과를 내는 각 물질의 중량%를 제공하고, 이를 압출코팅, 공압출 제품에 사용하여 열 접착력이 적당한 폴리올레핀계 수지 조성물을 제공하고 있다.
즉, 구체적으로 본 발명은
(1) 폴리올레핀계 수지 조성물에 있어서, (a)용융온도가 130℃~165℃ 이고, 용융지수가1~20g/10분(230℃,2.16kg)인 폴리프로필렌 수지 10~40중량%; (b)저밀도 폴리에틸렌 40~70중량%; (c)중량분자량이 20,000 ~ 80,000인 폴리에틸렌 왁스 1~20중량%; (d) 고밀도 폴리에틸렌 1~30중량%; 및 (e)말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 1 ~ 10중량%를 포함하고, 상기 폴리올레핀계 수지 조성물로 코팅된 필름의 열접착강도가 700~1000g/15mm인 것을 특징으로 하는 종이에 폴리에틸렌이 코팅된 부위와의 열접착을 위한 공압출 필름용 폴리올레핀계 수지 조성물.
(2) 폴리올레핀계 수지 조성물은 용융지수(190℃,2.16kg)가 5~15g/10분인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 종이에 폴리에틸렌이 코팅된 부위와의 열접착을 위한 공압출 필름용 폴리올레핀계 수지 조성물.
(3) 저밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.90g/cm3 내지 0.92g/cm3 임을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 종이에 폴리에틸렌이 코팅된 부위와의 열접착을 위한 공압출 필름용 폴리올레핀계 수지 조성물.
(4) 고밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.95g/cm3 내지 0.96g/cm3 임을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 종이에 폴리에틸렌이 코팅된 부위와의 열접착을 위한 공압출 필름용 폴리올레핀계 수지 조성물을 과제 해결을 위한 수단으로 한다.
본 발명은 종래기술의 문제점들을 해결하여 저온에서도 열 봉합성이 뛰어나고 투명도를 유지하면서도 저렴함은 물론, 봉합 강도가 적당한 강도를 유지하여 열접착된 부위의 개봉이 용이하도록 하는 효과가 인정된다.
본 발명에서는 특정한 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 왁스,고밀도 폴리에틸렌, 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 수지와 블랜드하여 폴리올레핀계 수지의 열접착력이 적당한 최종 수지 조성물의 용융 흐름성을 적절히 조절한 것으로 보다 구체적으로는, (a) 용융온도가 130℃~165℃ 이고, 용융지수가 1~20g/10분 (230℃, 2.16kg)인 폴리프로필렌 수지 10~40중량%와 (b)밀도가 0.90g/cm3~0.92g/cm3인 저밀도 폴리에틸렌 40 ~ 70중량%, (c) 밀도가 0.89g/㎤~0.92g/㎤ 이고, 중량분자량이 20,000 ~ 80,000인 폴리에틸렌 왁스 수지 1~20중량%, (d) 밀도가 0.95g/㎤~0.96g/㎤이고, 용융지수가 5~20g/10분(190℃, 2.16kg)인 고밀도 폴리에틸렌, 1~30중량% (e) 말레인산으로 그라프트(graft)된 고밀도 폴리에틸렌 1 ~ 10중량% 의 물질을, 가공온도 220℃에서 용융지수(230℃,2.16kg)가 5~15g/10분이 되도록 압출코팅, 공압출용 폴리올레핀계 수지 조성물을 제조한다.
본 발명에서 사용된 폴리프로필렌계 수지는 용융온도가 130℃~165℃이고, ASTM D1238 규격에 따른 용융지수가 1~20g/10분(230℃, 2.16kg)인 것이 특징이다. 폴리프로필렌 수지의 용융온도가 130℃ 이하이면 공압출 제품의 내열성이 낮고, 용융온도가 165℃ 이상이면 열 접착성이 나빠짐으로 바람직하지 않다.
상기 폴리프로필렌계 수지의 함량은 본 발명의 수지 조성물 중의 수지 총량 대비 10~40중량%인 것이 바람직하다. 폴리프로필렌계 수지의 함량이 전체 수지 성분 중에 10중량% 미만이면 열접착력이 강하고, 40중량%를 초과하면 요구하는 열 접착 강도에 미치지 못하므로 바람직하지 않다.
본 발명에 사용된 저밀도 폴리에틸렌 수지는 밀도가 0.90g/㎤이상, 0.92g/㎤ 이하이고, 함량은 수지 조성물의 총량대비 40~70중량%인 것이 바람직하다. 저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 전체 수지 중에 40중량% 미만이면 폴리에틸렌에 접착력이 저하되고, 70중량%를 초과하면 열 접착강도 너무 높아 바람직하지 않다.
폴리에틸렌 왁스 수지는 밀도가 0.89g/㎤이상, 0.92g/㎤ 이하이고, 중량평균 분자량이 20,000 ~ 80,000인 것이 특징이며, 본 발명의 수지 조성물의 열봉합 강도를 조절시키는 효과가 있다.
본 발명에 사용된 고밀도 폴리에틸렌 수지는 밀도가 0.95g/㎤~ 0.96g/㎤ 이고, 함량은 본 발명의 수지 조성물의 총량 대비 1~30중량%인 것이 바람직하다. 고밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 전체 수지 성분 중에 30중량% 이상이면 열봉합 강 도 등의 조절이 어렵고, 성형성이 저하되므로 바람직하지 않다.
말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 수지 중의 함량은 본 발명의 조성물 중의 수지 총량 대비 1 ~ 10중량%인 것이 바람직하다. 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 수지를 사용하는 이유는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌 간의 상용성을 더욱 향상시키기 위함이며, 제조방법은 고밀도 폴리에틸렌에 무수 말레인산을 그라프트 하여 만든다.
함량이 전체 수지 중에 10중량% 이상이면 본 물질의 첨가량이 늘어나더라도 더 이상의 효과가 없으므로 바람직하지 않다
본 발명의 수지 조성물에는 상기 성분들 이외에도 수지 브랜드 할 때 조성물 제조시 통상적으로 사용되는 내열안정제, 슬립제, 중화제 등과 같은 각종 첨가제를 본 발명의 특징에 어긋나지 않는 범위 내에서 첨가할 수 있다.
본 발명인 폴리올레핀계 수지 조성물의 용융지수는 ASTM D1238 규격에 따른 230℃, 2.16kg의 조건에서 5~15g/10분의 범위에 드는 것이 바람직하다. 수지 조성물의 용융지수가 5g/10분 미만이면 공압출로는 가능하지만 15g/10분을 초과하면 필름성형이 어려워 바람직하지 않기 때문이다.
본 발명의 수지 조성물을 제조하는 방법에 있어서는 특별한 제한이 없고, 당 업계에 공지된 통상의 폴리올레핀 수지 조성물 제조방법을 따를 수 있다. 즉, 각종 수지 및 첨가제 성분들을 원하는 순서에 따라 자유롭게 선택하여 필요한 양만큼 니더, 롤밀, 벤버리 믹서 등의 혼련기와 1축 또는 2축 압출기 등을 사용하여 혼련함으로서 본 발명의 수지 조성물을 제조할 수 있다.
상기의 제조방법에 의해 만들어진 폴리올레핀계 수지 조성물은 압출코팅, 공압출 재료로 사용된다. 본 발명의 수지 조성물을 이용하는 공압출은 통상의 T-다이법에 의해 성형 되고 고속 가공성이 우수하며 접착에 있어 적당한 강도를 유지한다. 가공을 사용자의 필요에 맞게 용이하게 조절할 수 있으므로 종이에 코팅된 폴리에틸렌 등에 적당한 열접착용 강도를 갖도록 가공 할 수 있으며, 이때의 강도는 본 발명이 제안하는 성분 및 함량 내에서 가장 뛰어난 효과를 발휘한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명은 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 각 실시예 및 비교예에 있어서 제반물성의 측정방법은 다음과 같다
[물성 측정 방법]
- 용융지수 : ASTM D1238 (230℃, 2.16kg)
- 필름폭 : T-다이(Die)로부터 나오는 용융수지를 연신된 폴리프로필렌에 코팅하여 코팅폭을 측정하여 T-다이폭에 대한 %로 결정하였다. 이때 가공온도는 280 ℃, T-다이폭은 30cm이었다.
- 고속가공성: 압출기를 100rpm으로 일정하게 유지하고 코팅속도를 점차 증가시킬 때 파단이 일어나는 속도로 평가하였다.
- 열접착 온도 : 필름을 코팅된 면이 서로 마주보게 위치시키고 140℃ 1초간 접착시킨 후, 접착된 필름을 폭 15mm로 재단하여 필름의 계면 열접착 강도를 측정하였다. 열접착 강도가 500 ~ 1000g/15mm일 때의 접착 온도를 열접착 온도로 하였다.
[실시예 1]
하기 표1에 나타낸 바와 같이 폴리프로필렌[용융지수(230℃,2.16kg) 5kg/10분] 20kg, 저밀도(0.92g/㎤) 폴리에틸렌 50kg, 폴리에틸렌 왁스 [중량평균 분자량 40,000] 10kg, 고밀도(0.96g/㎤) 폴리에틸렌 15kg, 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 수지 5kg를 혼련하여, 이를 압출기에 주입한 후, 압출기의 회전속도를 100rpm으로 일정하게 유지하고, 가공온도는 220℃, T-다이폭은 30cm로 조절하여 용융지수가 5g/10분인 폴리올레핀계 수지 조성물을 제조하였다.
상기 수지 조성물의 가공성 및 그 수지 조성물로 코팅된 필름의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표2]에 나타내었다.
[실시예 2]
폴리프로필렌[용융지수(230℃,2.16kg) 5kg/10분] 28kg, 저밀도(0.92g/㎤) 폴리에틸렌 55kg, 폴리에틸렌 왁스[중량평균 분자량 40,000] 10kg, 고밀도(0.96g/㎤) 폴리에틸렌 2kg, 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 수지 5kg을, [실시예 1]과 동일한 방식으로 혼련하여, 용융수지가 10g/10분인 폴리올레핀계 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지 조성물의 가공성 및 그 수지 조성물로 코팅된 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표2]에 나타내었다.
[실시예 3]
폴리프로필렌 수지 30kg, 저밀도 폴리에틸렌 40kg, 폴리에틸렌 왁스 10kg, 고밀도 폴리에틸렌 수지를 15kg, 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 5kg을 [실시예 2]와 동일한 방식으로 혼련하여, 용융지수가 10g/10분인 폴리올레핀계 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지조성물의 가공성 및 그 수지 조성물로 코팅된 필름의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표2]에 나타내었다.
[비교예 1]
[실시예 1]의 조성물 중 고밀도 폴리에틸렌를 사용하지 않는 대신 폴리에틸렌 함량을 50kg에서 70kg로 증가시키고 폴리에틸렌 왁스 수지는 5kg으로 하여 [실시예 1]과 동일한 방식으로 혼련하여 용융지수가 10g/10분인 폴리올레핀계 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지 조성물의 가공성 및 그 수지 조성물로 코팅된 필름의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표2]에 나타내었다.
[비교예 2]
폴리에틸렌 왁스 수지와 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌을 제외하고, 폴리프로필렌수지 10kg, 저밀도폴리에틸렌 60kg, 고밀도 폴리에틸렌 30kg을 [실시예 1]과 동일한 방식으로 혼련하여 용융지수가 10g/10분인 폴리올레핀계 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지 조성물의 가공성 및 그 수지 조성물로 코팅된 필름의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표2]에 나타내었다.
[비교예 3]
[실시예 1]과의 가공성 경향을 비교해 보기 위해서, [실시예 3]에서 고밀도 폴리에틸렌 수지를 제외하고 저밀도폴리에틸렌의 양을 55kg으로 증가시켜 [실시예 1]과 동일한 방식으로 혼련함으로서 용융지수가 7g/10분인 폴리올레핀계 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지 조성물의 가공성 및 그 수지 조성물로 코팅된 필름의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표2]에 나타내었다.
[비교예 4]
[실시예 1]에서 폴리에틸렌 왁스수지의 함량을 10kg에서 20kg로 증가시킨 것과 말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 5kg에서 10kg로 증가시킨 것, 고밀도 폴리에틸렌을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방식으로 각종 성분을 혼련하여 용융지수가 10g/10분인 폴리올레핀계 수지 조성물을 제조하였다. 상기 수지 조성물의 가공성 그 수지 조성물로 필름의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표2]에 나타내었다.
상기와 같이 각 성분의 함량에 변화를 주어 비교 실험을 한 것은, 폴리에틸렌 왁스와 고밀도 폴리에틸렌의 함량에 따라 접착강도 및 필름의 슬립성을 조절하기 위한 것이다.
[표1] 수지조성물
폴리
프로필렌
저밀도
폴리에틸렌
폴리에틸렌
왁스수지
고밀도
폴리에틸렌		 말레인산 그라프트된
고밀도
폴리에틸렌

용융지수
(g/ 10분)

함량 (kg)
함량 (kg)
함량(kg)
함량(kg)
함량(kg)

실시예 1
20
50
10
15
5
5

실시예 2
28
55
10
2
5
10

실시예 3
30
40
10
15
5
10

비교예 1
20
70
5
-
5
10

비교예 2
10
60
-
30
-
10

비교예 3
30
55
10
-
5
7

비교예 4
20
50
20
-
10
10
[표2] 물성측정

필름물성

필름폭(%)
성형성
열접착 온도(℃)
열접착강도
(g/15mm)

실시예 1
25
양호
130
800

실시예 2
25
양호
130
950

실시예 3
28
양호
130
750

비교예 1
28
양호
130
1,500

비교예 2
27
양호
130
1,700

비교예 3
26
양호
130
1,450

비교예 4
28
양호
130
1,150
상기 [표2]에 나타난 바와 같이 본 발명의 각 조성물을 혼합하였을 경우에는 어느 정도 함량의 차이가 있더라도 대체적으로 성형성이 모두 양호하였다.
일반적으로 바람직한 이지필의 특성에 대해서는 많은 견해들이 있으나, 가장 지배적인 견해가 열접착 강도가 600~1200g/15mm 범위 내 일 때 이지필이 가장 뛰어나다는 것이다.
이를 기준으로 할 때, 실시예 1, 2 및 3의 열접착 강도는 가장 바람직한 정도의 강도를 유지하고 있는바 저온에서 열접착성이 좋으면서도 그 강도가 적절하여 이지필이 가장 뛰어나다.
비교예 4의 경우, 수지 조성물의 가공성이 양호하고, 저온 열접착이 우수하나, 필름의 열접착 강도가 너무 강하여 열접착 부위의 개봉이 용이하지 못하다.
비교예 1의 경우 또한, 가공성이나 저온에서의 열접착성은 양호하였으나, 열접착성 정도가 너무 강한 문제가 있다.

Claims (4)

  1. (a)용융온도가 130℃~165℃ 이고, 용융지수가1~20g/10분(230℃,2.16kg)인 폴리프로필렌 수지 10~40중량%; (b)저밀도 폴리에틸렌 40~70중량%; (c)중량평균 분자량이 20,000 ~ 80,000인 폴리에틸렌 왁스 1~20중량%; (d) 고밀도 폴리에틸렌 1~30중량%; 및 (e)말레인산 그라프트된 고밀도 폴리에틸렌 1 ~ 10중량%를 포함하고, 상기 폴리올레핀계 수지 조성물로 코팅된 필름의 열접착강도가 700~1000g/15mm인 것을 특징으로 하는 종이에 폴리에틸렌이 코팅된 부위와의 열접착을 위한 공압출 필름용 폴리올레핀계 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리올레핀계 수지 조성물은 용융지수(190℃,2.16kg)가 5~15g/10분인 것을 특징으로 하는 종이에 폴리에틸렌이 코팅된 부위와의 열접착을 위한 공압출 필름용 폴리올레핀계 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 저밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.90g/cm3 내지 0.92g/cm3 임을 특징으로 하는 종이에 폴리에틸렌이 코팅된 부위와의 열접착을 위한 공압출 필름용 폴리올레핀계 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.95g/cm3 내지 0.96g/cm3 임을 특징으로 하는 종이에 폴리에틸렌이 코팅된 부위와의 열접착을 위한 공압출 필름용 폴리올레핀계 수지 조성물.
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Citations (2)

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US20060105125A1 (en) * 2004-11-16 2006-05-18 Fina Technology, Inc. Polyolefin resin and its use in films, coatings and food containers
US20060142495A1 (en) * 2003-02-24 2006-06-29 Erkki Lalho Polypropylene compositions

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