KR101429220B1 - 우수한 열접착 특성을 갖는 연신 공압출 필름 - Google Patents

우수한 열접착 특성을 갖는 연신 공압출 필름 Download PDF

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Abstract

우수한 열접착 특성을 갖는 연신 공압출 필름이 개시된다.
본 발명에 의한 연신 공압출 필름은, 중심층의 양측에 열접착층과 표면층이 위치하고, 상기 중심층과 상기 열접착층의 사이 또는 상기 중심층과 상기 표면층의 사이중에서 적어도 한 곳에는 중심층이 위치하는 다층구조의 연신 공압출 필름이며, 상기 열접착층은 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 α-올레핀과 프로필렌의 공중합체로서 프로필렌 함량이 50 내지 95중량%인 수지를 포함하여 이루어지고, 상기 중간층은 프로필렌 단독 중합체와 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지 50~95중량%와 프로필렌과 탄소수 2 내지 8의 α-올레핀과의 공중합체 수지 5~50중량%를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의할 경우, 종래에 비하여 열접착 강도가 우수하면서도 층간 박리현상이 발생하지 않는 연신 공압출 필름을 얻을 수 있게 된다.

Description

우수한 열접착 특성을 갖는 연신 공압출 필름{ORIENTED CO­EXTRUSION FILM HAVING EXCELLENT HEAT ADHESION}
본 발명은 우수한 열접착 특성을 갖는 연신 공압출 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다층구조로 이루어지는 연신 공압출 필름이며, 열접착 강도가 우수하면서도 층간 박리현상이 없는 연신 공압출 필름에 관한 것이다.
식품 및 제품의 포장재로는 현재 이축 연신 폴리프로필렌(Biaxially Oriented Polypropylene; BOPP) 필름이 주로 사용되고 있다. 현재 포장재로 사용되고 있는 이축 연신 폴리프로필렌 필름의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 중심층과 중심층을 사이에 두고 열접착층과 표면층이 형성된 3층 구조의 필름이다.
상기와 같은 구조를 갖는 종래 필름의 경우, 열접착 강도가 4 N/15㎜ 미만의 값을 가짐에 따라, 비교적 가벼운 무게를 가지는 식품 및 제품의 포장재로는 사용이 가능하나, 열접착 강도가 약하여 열접착 부위가 쉽게 손상되는 문제를 가지고 있으며, 어느 정도 무게가 있는 제품의 포장에는 사용이 제한적이라는 문제가 있어 왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 열접착층을 구성하는 수지를 달리하여 열접착 강도를 개선하고자 하는 시도가 있어 왔다. 이 경우, 열접착층을 구성하는 수지의 선택에 따라 열접착 강도는 어느 정도 개선이 가능하나, 중심층과 열접착층간의 stiffness가 큰 차이를 보임에 따라 열접착 이후에 중심층과 열접착층간에 박리현상이 빈번하게 발생하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제로 인하여 열접착 강도가 우수하면서도 박리현상이 발생하지 않는 포장용 연신 공압출 필름에 대한 요구가 계속해서 발생하고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열접착 강도가 우수하면서도 층간 박리현상이 발생하지 않는 연신 공압출 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 우수한 열접착 특성을 갖는 연신 공압출 필름을 제공하는데, 본 발명의 일례에 의한 연신 공압출 필름은,
중심층의 양측에 열접착층과 표면층이 위치하고, 상기 중심층과 상기 열접착층의 사이 또는 상기 중심층과 상기 표면층의 사이중에서 적어도 한 곳에는 중간층이 위치하는 다층구조의 연신 공압출 필름이며,
상기 열접착층은 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 α-올레핀과 프로필렌의 공중합체로서 프로필렌 함량이 50 내지 95중량%인 수지를 포함하여 이루어지고,
상기 중간층은 프로필렌 단독 중합체, 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지 50~95중량%; 및 프로필렌과 탄소수 2 내지 8의 α-올레핀과의 공중합체 수지 5~50중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 열접착층을 이루는 수지는, 용융시 필요 열량(시차주사열량계, 10℃/분)이 10~70J/g이고 용융온도가 10℃~100℃인 것이 바람직하다.
상기 중간층을 이루는 수지는, 굴곡탄성률(ASTM D790)이 2,000kg/cm2 내지 15,000kg/cm2인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일례에 있어서, 상기 중심층은, 프로필렌 단독 중합체; 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지를 포함하여 이루어진다.
상기 중심층을 이루는 수지는, 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏)가 1~5g/10분인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일례에 있어서, 상기 표면층은, 프로필렌 단독 중합체; 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체; 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 α-올레핀과 프로필렌의 공중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지를 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명의 일례에 있어서, 상기 열접착층은 중심층의 두께 대비 0.02 내지 0.75의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 상기 중간층은 중심층의 두께 대비 0.03 내지 0.75의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
또한 상기 열접착층 및 중간층은 각각 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
상술한 본 발명에 의할 경우, 종래에 비하여 열접착 강도가 우수하면서도 층간 박리현상이 발생하지 않는 연신 공압출 필름을 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 열접착용으로 사용되는 3층 구조의 연신 폴리프로필렌 필름의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연신 공압출 필름의 구조를 설명하기 위한 도면으로서 (a)는 열접착층-중간층-중심층-표면층의 4층 구조로 이루어지는 연신 공압출 필름이며, (b)는 열접착층-중간층-중심층-중간층-표면층의 5층 구조로 이루어지는 연신 공압출 필름이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 연신 공압출 필름에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연신 공압출 필름의 구조를 설명하기 위한 도면으로서 (a)는 열접착층(10)-중간층(20)-중심층(30)-표면층(40)의 4층 구조로 이루어지는 연신 공압출 필름이며, (b)는 열접착층(10)-중간층(20)-중심층(30)-중간층(20)-표면층(40)의 5층 구조로 이루어지는 연신 공압출 필름이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 연신 공압출 필름은, 중심층(30)의 양측에 열접착층(10)과 표면층(40)이 위치하며, 상기 중심층(30)과 상기 열접착층(10)의 사이 또는 상기 중심층(30)과 상기 표면층(40)의 사이중에서 적어도 한 곳에는 중간층(20)이 위치하는 다층구조로 이루어진다. 즉, 열접착층-중심층-표면층의 3층 구조로 이루어지던 종래와 달리 본 발명에 의한 연신 공압출 필름은 열접착층(10)과 중심층(30)의 사이 또는 중심층(30)과 표면층(40)의 사이중에서 적어도 어느 한 곳에는 중간층(20)을 포함한다. 또한 상기 열접착층(10)과 상기 중간층(20)은 한 층을 초과하는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 연신 공압출 필름은 최소 4층의 다층 구조로 이루어지며, 설계에 따라 4층을 초과하는 복수의 층으로 이루어진다.
이하 본 발명에 의한 연신 공압출 필름을 구성하는 각 층을 이루는 수지에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 열접착층(10)은 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 α-올레핀과 프로필렌의 공중합체로서 프로필렌 함량이 50 내지 95중량%인 수지를 포함하여 이루어지며, 상기 중간층(20)은 프로필렌 단독 중합체, 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지 50~95중량%; 및 프로필렌과 탄소수 2 내지 8의 α-올레핀과의 공중합체 수지 5~50중량%를 포함하여 이루어진다.
종래의 열접착용으로 사용되는 3층 구조의 연신폴리프로필렌 필름의 경우, 중심층에 열접착층이 인접한다. 그러나 이와 같은 경우, 중심층과 열접착층을 이루는 수지의 stiffness 차이에 의하여 열접착 후 중심층과 열접착층의 박리가 일어나는 문제가 있어왔다. 또한 종래의 열접착용으로 사용되는 3층 구조의 연신폴리프로필렌 필름의 경우, 열접착 강도가 약하여, 가벼운 식품 또는 제품의 포장에 국한되는 문제가 있어 왔다. 이러한 열접착 강도의 문제를 개선하기 위하여 열접착층에 열접착 강도가 우수한 수지를 사용하는 경우, 중심층과 열접착층의 stiffness 차이가 더욱 커져 층간 박리현상이 보다 빈번하게 발생하였다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 열접착층(10)과 중심층(30) 또는 중심층(30)과 표면층(40)의 사이 중에서 적어도 어느 한 곳에는 중간층(20)을 포함한다. 본 발명에 있어서 중간층(20)은 중심층(30)과 열접착층(10)의 stiffness 차이를 완화시키고, 열접착층(10)과 중심층(30) 또는 중심층(30)과 표면층(40)의 결합을 보다 공고히 하게 됨으로서 열접착 후의 층간 박리가 발생하지 않도록 한다.
상기와 같은 기능을 담당하기 위하여 열접착층(10)과 중간층(20)을 이루는 수지는 상술한 바와 같은 수지가 사용되는 것이 바람직하며, 또한 열접착층(10)을 이루는 수지는, 용융시 필요 열량(시차주사열량계, 10℃/분)이 10~70J/g이고 용융온도가 10℃~100℃이고, 중간층(20)을 이루는 수지는, 굴곡탄성률(ASTM D790)이 2,000kg/cm2 내지 15,000kg/cm2 범위인 것이 바람직하다. 중간층 수지의 굴곡탄성율이 상기 범위일 경우, 중간층(20)이 열접착층(10)과 중심층(30)의 사이에서 완충역할을 하여 열접착 강도가 높으면서도 박리현상이 발생하지 않는 연신 공압출 필름을 얻을 수 있게 된다.
또한 상기와 같은 종류, 조성 및 특징을 갖는 중간층(20)은 중심층(30)과 표면층(40)에도 결합된다. 즉, 상기와 같은 특성을 갖는 중간층(20)과의 원활한 결합 등을 위하여 상기 중심층(30)은, 프로필렌 단독 중합체; 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 표면층(40)은, 프로필렌 단독 중합체; 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체; 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 α-올레핀과 프로필렌의 공중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지가 사용되는 것이 바람직하다. 이때 필름의 안정성 및 중간층(20)과의 공고한 결합 등을 위하여 상기 중심층(30)을 이루는 수지는, 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏)가 1~5g/10분인 것이 바람직하다. 상기 표면층(40)은 포장재의 외관을 구성하는 부분으로서, 인쇄성을 부여하기 위하여 표면처리가 이루어질 수도 있다. 본 명세서에서 표면층이란 용어는 반드시 필름의 최외곽에 위치하여야 한다는 의미로 해석되어서는 아니된다. 즉, 본 발명에서의 표면층(40)은 연신 공압출 필름의 최외곽에 위치하여 포장재의 외관을 구성할 수도 있고, 표면층(40)에 또 다른 BOPP 필름, PET 필름, 호일 등이 추가로 접착될 수도 있다.
또한 상기 열접착층(10), 중간층(20), 중심층(30) 및 표면층(40)을 이루는 수지는 메탈로센(Metallocene) 촉매 또는 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매를 이용하여 생산된 수지인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 연신 공압출 필름은 전체 두께가 10 내지 80㎛로 형성될 수 있다. 물론 전체 필름의 두께는 상기 범위를 벗어날 수도 있으나, 반복된 실험결과 상기 범위의 두께를 갖는 것이 생산성, 가격 경쟁력 및 열접착 강도를 포함한 물성의 측면에서 바람직하다. 본 발명에 의한 연신 공압출 필름에 있어서, 중심층(30)은 전체 필름 두께에서 40% 이상인 것이 바람직하다. 중심층의 두께가 40% 미만일 경우에는 압출 및 연신과정에서 필름 자체의 형성이 어려울 우려가 있기 때문이다. 상기 열접착층(10)은 중심층(30)의 두께 대비 0.02 내지 0.75의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 상기 중간층(20)은 중심층(30)의 두께 대비 0.03 내지 0.75의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 의한 연신 공압출 필름은 중중심층(30)의 양측에 열접착층(10)과 표면층(40)이 위치하고, 상기 중심층(30)과 상기 열접착층(10)의 사이 또는 상기 중심층(30)과 상기 표면층(40)의 사이중에서 적어도 한 곳에는 중간층(20)이 위치하는 다층구조로 이루어지는데, 중심층(30), 열접착층(10) 및 중간층(20)을 이루는 수지의 구성 및 두께비가 상기와 같을 때, 박리현상이 없으면서도 열접착 강도가 우수한 양질의 연신 공압출 필름을 얻을수 있게 된다.
또한 본 발명의 연신 공압출 필름에 있어서, 상기 열접착층(10), 중간층(20), 중심층(30), 표면층(40)의 어느 하나 이상에는 산화방지제, 대전방지제, 활제, 안티블로킹제, 충진제, 방담제 및 가소제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제가 더 포함될 수 있으며, 이는 공지의 기술이므로 이의 상세한 설명은 생략한다
이하 실시예 및 시험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 : 5층 구조의 연신 공압출 필름의 제조
5층 구조의 연신 공압출 필름을 제조하였다. 하기 표 1과 같은 조성을 갖는 수지를 각기 다른 압출기에 투입하여 용융한 후, 용융된 수지를 T 다이로 공압출시킨 다음, 냉각롤로 공압출된 시트를 급냉시켰다. 냉각된 시트는 예열과정을 거쳐 기계 방향으로 5배 연신을 실시하고 폭 방향으로 9배 연신을 실시하여 이축 연신된 공압출 필름을 제조하였다.
Figure 112013081922785-pat00001
열접착 강도 측정
상기 실시예에 의하여 제조된 연신 공압출 필름의 열접착 강도를 측정하였다. 열접착 강도는 각 실시예에 의하여 제조된 필름의 열접착층을 서로 마주보도록 한 후, 실러 바(sealer bar)를 이용하여 각기 다른 온도에서 2 bar의 압력으로 2초간 압착하여 열접착층을 접착시켰다. 이후 폭 15mm로 절단하고, 인장강도 측정기를 이용하여 열접착 강도를 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
Figure 112013081922785-pat00002
상기 표 2의 결과에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 실시예에 의한 연신 공압출 필름은 모두 우수한 열접착 강도를 보임을 알 수 있었다. 현재 유통되고 있는 3층 구조로 이루어진 열접착용 공압출 필름의 열접착 강도가 4 N/15㎜ 미만인 것을 고려할 때 본 발명의 실시예에 의한 연신 공압출 필름의 열접착 강도는 매우 우수한 값을 나타낸다.
박리현상 확인
상기 실시예에 의하여 제조된 연신 공압출 필름의 열접착 후, 층간 박리현상이 발생하는지를 확인하였다. 실시예와의 비교를 위하여 상기 실시예에서 중간층을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 과정을 거쳐 연신 공압출 필름을 제조하였으며, 이를 비교예로 하였다. 즉, 실시예 1에서 중간층을 제외하고 3층 구조로 제조한 것을 비교예 1, 실시예 2에서 중간층을 제외하고 3층 구조로 제조한 것을 비교예 2로 하였다. 비교예에 의한 연신 공압출 필름 역시 총 두께를 30㎛로 하였으며, 열접착층과 표면층의 두께 역시 실시예와 동일하게 하였다. 열접착층간의 접착온도는 130℃로 하였으며, 그 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.
Figure 112013081922785-pat00003
상기 표의 결과에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에 의한 연신 공압출 필름의 경우 열접착 후에 층간 박리현상이 발생하지 않았다. 반면 실시예와 달리 중간층을 제외한 3층 구조로 이루어진 비교예의 경우는 열접착층과 중심층간에 박리가 발생하였다. 이는 본 발명에 의한 연신 공압출 필름의 경우 중간층이 열접착층과 중심층간에 완충역할을 하기 때문인 것으로 분석되며, 따라서 본 발명에 의할 경우 열접착 강도가 높으면서도 박리현상이 발생하지 않은 연신 공압출 필름을 얻을 수 있음을 확인 할 수 있었다.
10 : 열접착층 20 : 중간층
30 : 중심층 40 : 표면층

Claims (12)

  1. 중심층의 양측에 열접착층과 표면층이 위치하고, 상기 중심층과 상기 열접착층의 사이 또는 상기 중심층과 상기 표면층의 사이중에서 적어도 한 곳에는 중간층이 위치하는 다층구조의 연신 공압출 필름이며,
    상기 열접착층은 α-올레핀과 프로필렌의 공중합체로서 프로필렌 함량이 50 내지 95중량%인 수지를 포함하여 이루어지고,
    상기 중간층은 프로필렌 단독 중합체, 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지; 및 프로필렌과 탄소수 2 내지 8의 α-올레핀과의 공중합체 수지를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열접착층을 이루는 수지의 α-올레핀은 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열접착층을 이루는 수지는, 용융시 필요 열량(시차주사열량계, 10℃/분)이 10~70J/g이고 용융온도가 10℃~100℃인 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간층을 이루는 수지는, 프로필렌 단독 중합체, 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지 50~95중량%; 및 프로필렌과 탄소수 2 내지 8의 α-올레핀과의 공중합체 수지 5~50중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중간층을 이루는 수지는, 굴곡탄성률(ASTM D790)이 2,000kg/cm2 내지 15,000kg/cm2인 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중심층은, 프로필렌 단독 중합체; 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중심층을 이루는 수지는, 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏)가 1~5g/10분인 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 표면층은, 프로필렌 단독 중합체; 에틸렌 함량이 2중량% 이하(0 제외)인 에틸렌-프로필렌 공중합체; 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 α-올레핀과 프로필렌의 공중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열접착층과 중간층을 이루는 수지는 메탈로센(Metallocene) 촉매 또는 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매를 이용하여 생산된 수지인 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열접착층 및 중간층은 각각 복수의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 열접착층, 중간층, 중심층, 표면층의 어느 하나 이상에는 산화방지제, 대전방지제, 활제, 안티블로킹제, 충진제, 방담제 및 가소제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열접착층은 중심층의 두께 대비 0.02 내지 0.75의 두께를 갖고, 상기 중간층은 중심층의 두께 대비 0.03 내지 0.75의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연신 공압출 필름.
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