KR101458188B1 - 잉크 접착성이 향상된 포장필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리아미드 또는 폴리에스테르 소재의 기재필름상에 잉크 접착성을 향상시키는 수지로 구성되는 프라이머층을 도포하여 잉크를 포함한 탑 코팅층과 기재필름의 접착력이 우수한 포장필름에 관한 것이다.
본 발명에 따른 잉크 접착성이 향상된 포장필름은 잉크를 포함하는 탑 코팅층과 기재필름의 접착력이 우수하여 포장필름 표면에 미려하고 세밀한 인쇄가 가능하고 시간이 경과하여도 접착력이 저하되지 않으며, 내수성과 내열성이 우수하여 레토르트 제품 등 제품포장 그대로 열수 가열하는 제품의 포장용으로도 적용이 가능하다.

Description

잉크 접착성이 향상된 포장필름{packing film with improved adhesive property for ink}

본 발명은 폴리아미드 또는 폴리에스테르 소재의 기재필름상에 잉크 접착성을 향상시키는 수지로 구성되는 프라이머층을 도포하여 잉크를 포함한 탑 코팅층과 기재필름의 접착력이 우수한 포장필름에 관한 것이다.

일반적으로 폴리아미드 필름과 폴리에스테르 필름은 치수 안정성, 두께 균일성, 강인성, 내열특성, 내유성 등이 우수하며, 특히 뛰어난 내마모성, 내충격성, 내굴곡피로성 및 내한성 등이 우수하여 포장용 재료로 많이 사용되고 있다.

그 중에서 식품용 레토르트 제품은 폴리아미드 필름 또는 폴리에스테르 필름의 기재필름과 실런트(sealant) 필름을 라미네이트하여 제대한 후 내용물을 충전하여 진공살균포장하고, 소비자들은 열수로 레토르트 제품을 가열처리하므로 높은 내수성과 내열성이 요구된다.

또한, 라벨용 및 그래픽용 제품은 보다 선명하고 화려한 인쇄 및 고속 인쇄를 위해 자외선 경화형 잉크를 인쇄한 후 자외선을 조사하여 잉크를 경화함으로써 기재필름에 고정하는데, 내수성과 내열성이 약할 경우 가열시나 기타 가공 도중에 실런트 필름과 기재필름 사이에 박리가 쉽게 일어나므로 생면용이나 레토르트용으로 사용하는 기재필름은 실런트 필름이 합지될 때 강하게 접착되어야 할 뿐만 아니라, 포장용 필름 표면에 인쇄되는 인쇄잉크와도 접착력이 우수해야 한다.

이를 위해 포장용 기재필름에 자외선 경화형 잉크와 우수한 접착성을 보유하고 있는 수지를 도포하여 피막을 형성시킴으로써 기재필름보다 강화된 성능을 부여하는데, 이 경우 기재필름으로서 우레탄 수지나 아크릴 수지를 주로 사용하여 앙카코팅 또는 프라이머 코팅과 같은 오프라인 코팅을 주로 행하고 있다.

그러나 상기와 같은 오프라인 코팅방법은 1 ㎛ 이하의 박막을 균일하게 도포하기 어려우므로 기재필름에 접착성을 부여하기 위하여 표면처리를 행하는 방법이 많이 이용되고 있다.

예를 들면, 이접착성 폴리아미드 필름을 제조할 때에 미연신 또는 1축 방향으로만 연신된 폴리아미드 필름 표면에 폴리우레탄 수지나 아크릴 수지의 수성 에멀젼을 도포하고 건조한 다음 연신·열고정하는 방법이 제시되어 있다.

그러나 이러한 방법은 기재필름에 접착성을 부여할 수 있으나 접착력의 증대 정도가 미미하고, 산업포장 용도에 요구되는 내수성, 내화학성 및 내열성의 향상 면에서는 만족할 만한 성과를 거두지 못하는 실정이다.

또한, 필름과 자외선 경화형 잉크와의 접착성을 강화하기 위해 수용성 폴리아크릴계 에멀젼 등을 주로 사용하며, 수용성 폴리아크릴계 에멀젼은 주로 인쇄성 향상 및 무기물 증착력 강화를 위해 사용되고 있다.

수용성 폴리아크릴계 에멀젼은 일반적으로 기재필름과 건조 경화형 잉크의 접착력을 높이거나 무기물 증착력을 높이는데 사용되고 있으나, 인쇄를 세밀하고 미려하게 고속 진행하거나 기재필름의 열수축을 방지하기 위해 열 건조를 하지 못하는 경우에는 자외선 경화형 잉크를 사용하여야 한다.

그러나 수용성 폴리아크릴계 에멀젼은 자외선 경화형 잉크와의 접착성이 다소 약하여 자외선을 조사하여 경화시킨 자외선 경화형 잉크가 부분 박리되는 문제가 발생한다.

다른 방법으로는 미리 제조된 기재필름 일면에 오프라인 코팅 방식으로 수용성 폴리아크릴계 에멀젼을 두껍게 코팅하고 열 건조 및 경화과정을 진행하여 자외선 경화형 잉크의 접착력을 향상시키는 방법이 있는데, 이 방법 또한 오프라인 공정을 한번 더 거치면서 원가상승을 일으키고 열 건조 및 경화공정 중 기재필름의 수축으로 인해 인쇄 핀트 불량 및 필름의 황변을 야기하는 단점이 있다.

일반적으로 기재필름에 자외선 경화형 잉크를 인쇄한 후 자외선을 조사하여 잉크를 경화하면 경화한 잉크와 기재필름과의 접착력이 약하여 잉크가 기재필름에서 쉽게 박리되는 문제가 있으며, 또한 산업의 발달과 함께 미려하고 세밀한 인쇄가 요구됨에 따라 점점 강한 접착력을 필요로 하게 되었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국공개특허공보 제2011-0078776호에는 수용성 하이브리드계 에멀젼, 멜라민계 경화제 및 카르보디이미드 경화제를 포함하는 코팅액을 미연신 폴리에스테르 시트 또는 1축 연신된 폴리에스테르 필름의 편면에 코팅하여 건조 및 예열한 후, 1축 또는 2축 연신 및 열처리하는 자외선 경화형 잉크 접착성이 우수한 폴리에스테르 필름 및 그 제조방법이 개시되어 있다.

상기 발명은 포장용 필름의 내블록킹성, 부착성, 웨팅성, 레벨링성을 향상시키고 미려하고 세밀한 인쇄를 위해 자외선 경화형 잉크를 사용하는 라벨용 및 그래픽용 용도에 적합한 필름을 제공할 수 있다.

그러나 포장용 필름 표면에 인쇄를 위한 코팅액을 도포할 때 코팅액이 표면의 전체에 고르게 도포되도록 하는 것이 중요한데, 상기 발명의 경화제들은 코팅액의 점도를 높여서 코팅액의 분산성을 떨어뜨리므로 전체적으로 균일한 코팅을 어렵게 하고 이에 따라 인쇄품질의 저하를 가져오는 문제가 있다.

또한, 한국공개특허공보 제2011-0085651호에는 인쇄접착력이 우수한 나일론 필름의 제조방법이 개시되어 있으며, 상대점도가 다른 2 종류의 나일론 수지에 구형 무기미립자와 불규칙 괴상형 무기미립자를 첨가하고 용융 압출하여 시트를 제조한 다음 이를 이축연신하여 필름을 제조한다.

상기 발명은 서로 다른 모양과 크기를 갖는 두 종류의 무기미립자를 사용하여 마스터배치를 제조한 후 나일론 필름 제막시 첨가함으로써 나일론 필름의 마찰계수를 낮추어 슬립성을 개선하고 인쇄접착력이 향상되는 효과를 제공하나, 나일론 필름의 내부에 무기미립자가 산재되어 표면에서의 접착성이 저하되고 실런트 필름을 라미네이트하면 나일론 필름과 실런트 필름과의 접착력이 낮아져 레토르트 제품과 같은 포장상태의 제품을 가열처리하면 나일론 필름과 실런트 필름 사이에 박리가 쉽게 일어나는 문제가 있다.

따라서 포장용 필름의 제조에 있어서, 레토르트 제품과 같은 열수 가열처리를 행하는 포장의 요구조건을 만족시키기 위해서는 높은 내수성과 내열성을 갖추면서 필름 표면에 인쇄되는 잉크와의 접착성이 우수한 필름의 개발이 여전히 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기재필름과 기재필름상에 인쇄되는 잉크가 서로 견고히 접착·고정되고 열수 가열처리하여도 접착력이 저하되지 않는 포장필름을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리아미드 또는 폴리에스테르 기재필름의 적어도 한 면에, 물 1000 중량부, 수용성 폴리우레탄계 에멀젼 5~95 중량%와 수용성 폴리아크릴계 에멀젼 5~95 중량%로 구성되는 수용성 하이브리드계 에멀젼 150~250 중량부, 이소시아네이트계 가교제 1~10 중량부, 멜라민계 가교제 2~15 중량부 및 티오시안산암모늄 촉매 0.5~1.5 중량부를 포함하는 프라이머층을 형성시킨 포장필름을 제공한다.

이때, 상기 수용성 폴리우레탄계 에멀젼의 중량평균분자량은 5000~400000이고, 수용성 폴리아크릴계 에멀젼의 중량평균분자량은 10000~300000인 것이 바람직하다.

또한, 상기 멜라민계 가교제는 메톡시 메틸 멜라민인 것이 바람직하다.

또한, 상기 프라이머층은 수분산 콜로이달 실리카, 실리콘계 소포제, 아크릴 공중합체의 레벨링제 또는 습윤제를 10 중량% 이하의 범위로 더 포함하고, 상기 프라이머층의 도막 두께는 50~1000 ㎚ 인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 잉크 접착성이 향상된 포장필름은 잉크를 포함하는 탑 코팅층과 기재필름의 접착력이 우수하여 포장필름 표면에 미려하고 세밀한 인쇄가 가능하며, 시간이 경과하여도 접착력이 저하되지 않는다.

또한, 내수성과 내열성이 우수하여 레토르트 제품 등 제품포장 그대로 열수 가열하는 제품의 포장용으로도 적용이 가능하다.

본 발명은 폴리아미드 또는 폴리에스테르과 같은 소재로 이루어진 기재필름의 적어도 한 면에 잉크 접착성을 향상시키는 프라이머층을 도포하여 잉크인쇄 등의 탑 코팅층과 기재필름의 접착력을 향상시킨 포장필름에 관한 것이다.

이를 좀더 자세히 설명하면, 우레탄계 수지와 아크릴계 수지가 혼합된 수용성 하이브리드계 에멀젼, 이소시아네이트(isocyanate)계 가교제, 멜라민(melamine)계 가교제 및 촉매를 포함하는 프라이머층 수지를 기재필름상에 도포하여 포장필름의 잉크 접착성을 향상시킨다.

상기 수용성 하이브리드계 에멀젼은 수용성 폴리우레탄계 에멀젼 5~95 중량%와 수용성 폴리아크릴계 에멀젼 5~95 중량%로 구성될 수 있으며, 프라이머층 수지는 물 1000 중량부에 수용성 하이브리드계 에멀젼 150~250 중량부, 이소시아네이트계 가교제 1~10 중량부, 멜라민계 가교제 2~15 중량부 및 촉매 0.5~1.5 중량부를 포함한다.

본 발명에서 사용되는 수용성 하이브리드계 에멀젼은 수용성 폴리우레탄계 에멀젼과 수용성 폴리아크릴계 에멀젼을 혼합하여 사용하는데. 상기 우레탄계 수지와 아크릴계 수지의 고형분 혼합비는 목표로 하는 잉크 잔류량 및 내열성, 내수성에 따라 적절한 비율로 조정될 수 있다.

상기 수용성 폴리우레탄계 에멀젼은 표면장력을 극소화시켜 핀홀(pin-hole) 또는 피쉬아이(fish-eye) 발생을 억제하여 도포성을 증가시키고 각종 소재와의 접착력을 향상시켜 탑코팅 에멀젼에 적합하며, 상기 수용성 폴리아크릴계 에멀젼은 내변색성, 작업성, 건조성이 우수하고 피착제와 우수한 접착력을 발휘한다.

수용성 폴리우레탄계 에멀젼은 중량평균분자량이 5000~400000인 음이온성 이오노머(ionomer) 자기유화 수용성 폴리우레탄 수지이며 수용성 폴리아크릴계 에멀젼은 중량평균분자량이 10000~300000인 메틸아크릴레이트 또는 부틸아크릴레이트를 함유하는 음이온성 폴리아크릴 수지이다.

상기 이소시아네이트계 가교제는 자기 유화형 무황변(無黃變) 폴리이소시아네이트로서 상기 수용성 하이브리드계 에멀젼과 반응하여 가교시키면서 접착성을 향상시키고 친수성기를 도입하여 물 분산을 가능하게 하며, 기본 골격은 지방족 폴리이소시아네이트이고 수분상태에서 물과 반응한다.

자기 유화형 수지를 물에 분산시킬 때에는 적당한 점도가 필요하나, 일반적으로 계 내에는 물질계의 상이 바뀌는 전상(轉相)시에 점도가 커지는데, 이때 계 내에는 점도가 너무 높은 부분과 저고형분 영역의 점도가 너무 낮은 부분이 혼재하게 되어 분산이 불균일하게 되는 문제가 발생한다.

상기 이소시아네이트계 가교제는 액 점도가 낮고 명확한 전상영역을 나타내지 않아서 증점(增粘)을 억제할 수 있으며, 저고형분이라도 분산을 위한 적당한 점도를 유지할 수 있어서 뛰어난 초기 분산성을 나타낸다.

또한, 높은 반응성과 내후성이 우수하고 비이온성으로서 수계 수지의 이온에 관계없이 사용이 가능하다.

상기 이소시아네이트계 가교제에 더하여 탑 코팅층와의 접착력을 좀더 향상시키기 위하여 수성 멜라민계 가교제를 더 혼합하며, 수성 멜라민계 가교제의 종류로는 메톡시 메틸 멜라민 가교제가 바람직하다.

상기 가교제의 함량이 상기 범위 미만이면 경화 효과가 충분치 않고 상기 범위를 초과하면 더 이상의 효과가 없을 뿐만 아니라 수용성 하이브리드 에멀젼의 성분을 변화시켜 점도 등의 변화를 유발하여 코팅면에 얼룩이 생기는 문제가 발생할 수 있다.

상기 촉매는 상기 수용성 하이브리드계 에멀젼과 가교제의 경화를 촉진하며, 가교제로서 이소시아네이트계를 사용하므로 이를 고려하여 티오시안산암모늄(ammonium thiocyanate)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 프라이머층 수지에는 필요에 따라서 코팅 표면의 슬립성을 강화하기 위한 수분산 콜로이달 실리카를 첨가하거나, 실리콘계 소포제, 아크릴 공중합체 용액 같은 레벨링제, 습윤제 등을 10 중량% 이하로 첨가할 수 있다.

상기 소포제는 코팅 조액의 기포를 파괴하는 역할을 하고 주로 친유체와 폴리실록산 화합물의 혼합물이 적용되며, 레벨링제와 습윤제는 코팅표면이 매끄럽게 코팅되도록 첨가하는 용액으로서 폴리디메틸실록산 또는 폴리메틸알킬실록산이 그 대표적인 예이다.

본 발명에 의한 포장필름은 탑 코팅층과 기재필름과의 접착성을 높이기 위한 코팅필름으로서, 연신 또는 미 연신한 기재필름의 적어도 일면에 상기 프라이머층 수지를 50~1000 ㎚ 두께로 도막할 수 있으며, 도막 두께가 50 ㎚ 미만이면 너무 얇아 후공정에서 성능을 발휘하기 어렵고 1000 ㎚를 초과하면 코팅 두께가 증가하는 것에 비해 효과의 증가는 미미하므로 제조원가의 상승을 초래한다.

상기 코팅 후 텐터 예열부에서 수분의 건조 및 필름의 횡 연신을 위한 예열을 실시할 수 있고 예열부를 거친 포장필름은 횡 방향으로 연신하고 미연신 기재필름에 도막한 경우에는 종 연신을 실시할 수도 있으며, 이후 치수 안정성을 부여하기 위하여 열 고정할 수도 있다.

상기 도막은 그라비아 롤(gravure roll)법, 리버스 그라비아(reverse gravure)법, 메이어 바(meyer Bar)법, 슬롯 다이(slot die)법 등의 코팅 방식을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기의 방법으로 제조되는 잉크 접착성이 향상된 포장필름은 일반 폴리아미드 필름 또는 폴리에스테르 필름과 비교하여 접착제나 인쇄잉크 등의 탑 코팅 물질과의 접착력이 강화되어 접착성, 내수성 및 내열성이 우수하다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예 1~4 및 비교예 1, 2>

폴리에스테르를 티-다이(T-die)로부터 용융 압출하고 캐스팅 롤에 밀착시켜 급냉시킨 후 가열 롤의 주행 속도차를 이용하여 종 방향으로 2.8배 연신하여 1축 연신 폴리에스테르 필름을 얻었다.

상기 연신된 폴리에스테르 필름의 일면에 물 79.0 ㎏, 수용성 폴리우레탄계 에멀젼 5.3 ㎏, 수용성 아크릴계 에멀젼 9.7 ㎏, 이소시아네이트계 가교제와 멜라민계 가교제가 하기 표 1의 비율로 혼합된 가교제 1.2 ㎏ 및 티오시안산암모늄 촉매 76 g을 혼합하여 두께가 500 ㎚가 되도록 프라이머층을 도포하였다.

이후, 텐터 예열부를 지나 횡 연신 직전 필름의 도포부위 온도를 45 ℃, 비도포부위의 필름 온도를 50 ℃로 하여 건조하고 온도 100~140 ℃의 온도에서 3.2 배 연신한 뒤 160~210 ℃의 온도에서 열고정하여 포장용 필름을 얻었다.

가교제 혼합비(단위:중량%)

	이소시아네이트계 가교제	멜라민계 가교제
실시예 1	20	80
실시예 2	40	60
실시예 3	60	40
실시예 4	80	20
비교예 1	100	-
비교예 2	-	100

<시험예 1> 잉크 접착력 측정

상기 실시예 1~4 및 비교예 1, 2에서 제조된 포장용 필름에 파란색 유성펜(블루 네임펜, 모나미, 한국)으로 칠하고 2~4 분간 건조한 후 색차계를 이용하여 b값을 측정(b1)하고, 접착테이프(#810, 3M사, 미국)를 칠한 부위에 공기가 혼입되지 않도록 붙이고 5 회 문지른 후 수직방향으로 신속히 박리한 다음 다시 색차계를 이용하여 포장용 필름의 칠 부위의 b값을 측정(b2)하였다.

상기 측정값을 하기 식에 대입하여 잉크 접착력을 평가하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

잉크 접착력(%) = 박리 후 b값(b2)/박리 전 b값(b1)×100(%)

잉크 접착력 측정결과

	잉크 접착력(%)
실시예 1	90~95
실시예 2	85~90
실시예 3	80~85
실시예 4	80~85
비교예 1	78~80
비교예 2	75~80

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 이소시아네이트계 가교제와 멜라민계 가교제를 모두 함유하면서 이소시아네이트계 가교제:멜라민계 가교제=20~80:80~20 중량%인 실시예의 경우 잉크 접착력이 80 % 이상을 나타내었으며, 멜라민계 가교제에 비하여 이소시아네이트계 가교제의 함량이 많아질수록 잉크 접착력이 저하되다가 이소시아네이트계 가교제 또는 멜라민계 가교제만으로 구성된 비교예의 경우 80 % 이하의 잉크 접착력을 가짐을 알 수 있다.

이는 이소시아네이트계 가교제가 멜라민계 가교제가 함께 수용성 하이브리드계 에멀젼과 반응하여 가교시키면서 접착성을 향상시키고, 또한 반응에 따른 계 내의 점도상승을 억제하여 분산성의 저하를 감소시킨 결과로 판단된다.

비교예의 경우에는 이소시아네이트계 가교제 또는 멜라민계 가교제만으로 구성되어 기재필름과 잉크의 접착성과 분산성을 모두 균형있게 갖추지 못하여 균일한 잉크 접착력을 나타내지 못한 것으로 판단된다.

<시험예 2> 잉크 접착력의 경시적 변화 측정

상기 시험예 1의 자외선 경화형 잉크가 경화된 포장용 필름을 1~10 시간 동안 정치하고 잉크 접착력이 변화되는지의 여부를 측정하였다.

측정은 상기 시험예 1에서 잉크 접착력이 가장 우수한 실시예 1과 가장 불량한 비교예 2를 대상으로 실시하였으며, 시험예 1에서와 동일한 방법으로 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

잉크 접착력의 경시적 변화 측정결과

	경과시간(hr)
	1	2	4	8	10
실시예 1	90~95	90~95	90~95	90~95	90~95
비교예 2	75~80	75~80	65~70	65~70	65~70

상기 표 3의 결과를 보면, 본 발명에 따른 실시예 1의 경우 시간이 경과하여도 잉크 접착력이 변하지 않았으나, 비교예 2는 시간이 경과할수록 잉크 접착력이 점점 저하됨을 알 수 있다.

<시험예 3> 코팅성능(레벨링성, 습윤성, 내열성) 측정

상기 실시예 1~4 및 비교예 1, 2에서 제조된 포장용 필름의 프라이머층이 표면장력 이상에 의한 결함 또는 이상무늬가 없는지 육안으로 관찰하였으며, 또한 편광필름 사이에서 보았을 때 오렌지 필이나 버나드 셀과 같은 얼룩이 발생하지 않았는지를 확인하였다.

또한, 열수에 10 시간 침지시킨 후 상기와 같은 방법으로 이상 유무를 확인하였으며, 확인 결과 실시예 및 비교예 모두 결함, 이상무늬, 얼룩은 발견되지 않았고 기재필름과 프라이머층 간의 부착성 또한 모두 양호하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크 접착성이 향상된 포장필름은 잉크를 포함하는 탑 코팅층과 기재필름의 접착력이 우수하여 포장필름 표면에 미려하고 세밀한 인쇄가 가능하며, 시간이 경과하여도 접착력이 저하되지 않는다.

또한, 내수성과 내열성이 우수하여 레토르트 제품 등 제품포장 그대로 열수 가열하는 제품의 포장용으로도 적용이 가능하다.

Claims (7)

1. 폴리아미드 또는 폴리에스테르 기재필름의 적어도 한 면에, 물 1000 중량부, 수용성 폴리우레탄계 에멀젼 5~95 중량%와 수용성 폴리아크릴계 에멀젼 5~95 중량%로 구성되는 수용성 하이브리드계 에멀젼 150~250 중량부, 이소시아네이트계 가교제 1~10 중량부, 멜라민계 가교제 2~15 중량부 및 티오시안산암모늄 촉매 0.5~1.5 중량부를 포함하는 프라이머층을 형성시킨 포장필름.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 수용성 폴리우레탄계 에멀젼의 중량평균분자량은 5000~400000이고, 수용성 폴리아크릴계 에멀젼의 중량평균분자량은 10000~300000인 것을 특징으로 하는 포장필름.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 멜라민계 가교제는 메톡시 메틸 멜라민인 것을 특징으로 하는 포장필름.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 프라이머층은 수분산 콜로이달 실리카, 실리콘계 소포제, 아크릴 공중합체의 레벨링제 또는 습윤제를 10 중량% 이하의 범위로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포장필름.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 프라이머층의 도막 두께는 50~1000 ㎚인 것을 특징으로 하는 포장필름.