KR101539701B1 - 충격 강도가 우수한 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법 - Google Patents

충격 강도가 우수한 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법에 관한 것으로, 생분해성 제1시트와, 생분해성 제2시트 상에 인쇄층이 형성된 인쇄 시트를 제조하는 단계; 상기 인쇄 시트의 인쇄층 상에, 상기 생분해성 제1시트를 적층하여 압착 롤러에 통과시키는 단계; 상기 압착 롤러를 통과한 시트 적층체를 드럼 롤러에 통과시키되, 상기 드럼 롤러의 상단에 설치된 상부 히터를 이용하여 온도를 가하면서 상기 시트 적층체를 용융 합지하는 단계; 및 상기 용융 합지된 합지 시트에 전면 히터를 이용하여 온도를 가한 후, 상기 합지 시트를 엠보 롤러에 통과시켜 엠보싱하는 단계를 포함하고, 상기 생분해성 제1시트 및 생분해성 제2시트는 각각 생분해성 수지 100중량부에 대하여 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 40 ~ 100중량부를 포함하는 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 생분해성 시트를 용이하게 합지시킬 수 있으면서, 이와 함께 뚜렷한 엠보를 동시에 형성시킬 수 있으며, 또한 우수한 충격 강도를 갖게 할 수 있다.

Description

충격 강도가 우수한 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법 {METHOD FOR BONDING AND EMBOSSING OF THE BIODEGRADABLE RESIN SHEETS HAVING EXCELLENT IMPACT STRENGTH}
본 발명은 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 시트를 용이하게 합지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 엠보싱 가공을 동시에 진행할 수 있으며, 우수한 충격 강도를 갖게 할 수 있는 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화석 연료인 석탄, 석유, 천연가스 등의 원료를 인공적으로 합성시켜 얻어진 고분자 화합물인 합성수지는 가공성, 강도, 경도, 내식성, 내후성, 내수성, 내구성 등의 특성이 있고 착색이 자유롭고 색상 또한 미려하여 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
그러나 상기와 같은 우수한 특성에도 불구하고, 합성수지는 자연 상태에서 분해되지 않아 이들이 적용된 각종 제품의 폐기 처리 시 심각한 환경오염을 일으키는 문제와, 화석연료의 고갈로 인하여 선진국을 중심으로 국제적인 규제를 통해 그 사용량을 점차적으로 줄이거나 제한하고 있는 추세이다. 또한, 우선적으로 일부 제품에 한하여서는 수출입을 금지하고 있고, 이와 더불어 고유가로 인한 합성수지 원료의 가격상승으로 합성수지를 대체할 수 있는 소재의 개발이 시급하게 대두되었다.
상기한 문제점을 가지는 고분자 합성수지를 대체할 소재로는 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 각종 곡물을 이용한 생분해성 수지가 있다. 생분해성 수지로는, 예를 들어 폴리락트산(poly lactic acid, PLA), 폴리글리콜산(poly glycolic acid, PGA), 폴리카프로락톤(poly caprolactone, PCL), 지방족 폴리에스테르 수지, 폴리히드록시 부틸산(poly hydroxy butyric acid, PHB) 및 D-3-히드록시 부틸산(D-3-hydroxy butyric acid) 등을 들 수 있다.
한편, 치수안정성, 내후성, 내약품성, 표면광택성, 내스크래치성, 가공의 용이함으로 인하여 마킹시트, 인테리어시트, 데코레이션시트, 간판, 실내외장식시트 등과 같은 각종 시트가 많이 사용되고 있다.
일반적으로, 상기한 각종 시트들은 합성수지로 제조되고 있다. 상기 시트들은 주로 염화비닐수지, 고무, 아크릴 수지, 폴리비닐 부티랄 수지 및 폴리비닐 아세탈 수지 등으로 제조되고 있다. 그러나, 이들 대부분의 수지는 친환경적이지 못하다. 특히, 염화비닐수지는 소각 시 다량의 다이옥신을 방출하며, 다이옥신은 세계보건기구에 의해 유전 가능한 1급 발암물질로 규정됐고, 사람이나 동물에게 치명적인 악영향을 끼치는 것으로 보고되고 있다.
이에 따라, 상기한 각종 시트 제품들은 생분해성 수지 등의 친환경 소재로의 대체가 요구되고 있다.
그러나 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 지방족 폴리에스테르 수지, 폴리히드록시 부틸산 및 D-3-히드록시 부틸산 등과 같은 생분해성 수지는 인장강도 및 신도가 불량하다. 이러한 물성을 보강하기 위해 2장 이상의 생분해성 시트를 합지하는 경우, 접착성이 부족하여 합지가 어렵다. 또한, 인테리어 시트나 데코레이션 시트 등은 미려한 외관을 위해 엠보 등의 다양한 무늬 패턴이 요구되는데, 생분해성 시트는 엠보의 가공이 어렵다.
이를 위해, 대한민국 등록특허 제10-0855212호[선행 특허문헌 1]에는 적정 온도와 압력 조건에서 생분해성 수지 시트를 엠보싱 가공하는 방법이 제시되어 있으며, 대한민국 등록특허 제10-0855213호[선행 특허문헌 2]에는 드럼 롤러, 상부 히터, 전면 히터 및 엠보 롤러 등을 이용하되, 적정 온도와 압력 조건에서 생분해성 수지 시트의 합지와 엠보 가공을 동시에 할 수 있는 가공 방법이 제시되어 있다.
그러나 상기 선행 특허문헌들을 포함한 종래의 가공 방법은 인쇄층과, 상기 인쇄층을 보호하기 위한 투명층이 없이 가공하는 방법으로서, 이는 별도의 공정을 통해 인쇄층과 투명층을 형성한 후, 동일한 공정 조건으로 합지 및 엠보싱하는 경우, 인쇄층이 벗겨지고 가공성이 좋지 못하며, 또한 엠보의 입체 구조가 뚜렷하지 않은 문제점이 있다. 또한, 종래의 방법에 따라 제조된 생분해성 수지 시트는 충격 강도가 약하여, 예를 들어 엠보의 터짐이 발생하거나 시트 자체에 찢김이 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0855212호 대한민국 등록특허 제10-0855213호
이에, 본 발명은 인쇄층이 형성된 시트 상에 생분해성 시트를 용이하게 합지시킬 수 있으면서, 인쇄층이 벗겨지지 않고, 이와 함께 뚜렷한 엠보를 동시에 형성시킬 수 있으며, 또한 우수한 충격 강도를 갖게 할 수 있는 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
생분해성 제1시트와, 생분해성 제2시트 상에 인쇄층이 형성된 인쇄 시트를 제조하는 단계;
상기 인쇄 시트의 인쇄층 상에, 상기 생분해성 제1시트를 적층하여 압착 롤러에 통과시키는 단계;
상기 압착 롤러를 통과한 시트 적층체를 드럼 롤러에 통과시키되, 상기 드럼 롤러의 상단에 설치된 상부 히터를 이용하여 온도를 가하면서 상기 시트 적층체를 용융 합지하는 단계; 및
상기 용융 합지된 합지 시트에 전면 히터를 이용하여 온도를 가한 후, 상기 합지 시트를 엠보 롤러에 통과시켜 엠보싱하는 단계를 포함하고,
상기 생분해성 제1시트 및 생분해성 제2시트는 각각 생분해성 수지 100중량부에 대하여 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 40 ~ 100중량부를 포함하는 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따라, 상기 용융 합지하는 단계에서는, 상기 압착 롤러를 통과한 시트 적층체를 표면 온도 50℃ ~ 150℃의 온도로 유지되는 드럼 롤러에 통과시키되, 상기 드럼 롤러의 상단에 설치된 상부 히터를 이용하여 80℃ ~ 200℃의 온도를 가하면서 상기 시트 적층체를 용융 합지하는 것이 좋다. 그리고 상기 엠보싱하는 단계에서는, 상기 용융 합지된 합지 시트에 전면 히터를 이용하여 200℃ ~ 300℃의 온도를 가한 후, 상기 합지 시트를 엠보 롤러에 통과시키되, 150℃ ~ 200℃의 온도와 60㎏f/㎠ ~ 80㎏f/㎠의 압력을 가하여 엠보싱하는 것이 좋다.
또한, 본 발명의 바람직한 형태에 따라서, 상기 생분해성 제1시트 및 생분해성 제2시트는 각각 생분해성 수지 100중량부에 대하여 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 40 ~ 100중량부를 더 포함하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 인쇄층이 형성된 생분해성 제2시트 상에 생분해성 제2시트를 용이하게 합지시킬 수 있으면서, 이와 함께 뚜렷한 입체 구조의 엠보를 동시에 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 인쇄층은 벗겨지지 않으며, 충격 강도가 우수하여 터짐이나 찢김 현상이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법을 설명하기 위한 공정도를 보인 것이다.
　
본 발명은 2장의 시트를 적층 합지시키면서, 이와 동시에 엠보싱을 진행할 수 있는 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법을 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법을 '가공 방법'으로 약칭한다.
본 발명에 따른 가공 방법은,
생분해성 제1시트와, 생분해성 제2시트 상에 인쇄층이 형성된 인쇄 시트를 제조하는 단계;
상기 인쇄 시트의 인쇄층 상에, 상기 생분해성 제1시트를 적층하여 압착 롤러에 통과시키는 단계;
상기 압착 롤러를 통과한 시트 적층체를 드럼 롤러에 통과시키되, 상기 드럼 롤러의 상단에 설치된 상부 히터를 이용하여 온도를 가하면서 상기 시트 적층체를 용융 합지하는 단계; 및
상기 용융 합지된 합지 시트에 전면 히터를 이용하여 온도를 가한 후, 상기 합지 시트를 엠보 롤러에 통과시켜 엠보싱하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 생분해성 제1시트 및 생분해성 제2시트는, 생분해성 수지 100중량부에 대하여 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS ; acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지 40 ~ 100중량부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 인쇄층 상에 생분해성 시트, 즉 생분해성 제1시트를 용이하게 합지시킬 수 있으면서, 이와 함께 뚜렷한 입체 구조의 엠보를 동시에 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 인쇄층은 벗겨지지 않으면서, 생분해성 제1시트에 의해 보호된다. 또한, 본 발명에 따르면, 충격 강도가 우수하여 터짐이나 찢김이 발생되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 형태를 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 구현함에 있어서는 도 1에 예시한 바와 같은 가공 장치가 사용될 수 있다. 상기 가공 장치는, 2개의 압착 롤러(112)(114)와, 적정의 표면 온도를 유지하는 드럼 롤러(120)를 갖는다. 그리고 드럼 롤러(120)의 상단에는 상부 히터(130)가 설치되어 있다. 또한, 가공 장치는 엠보싱을 위한 것으로서, 표면 요철 구조를 가지는 엠보 롤러(150)와, 상기 엠보 롤러(150)와 수평적으로 배치된 고무 롤러(160)를 포함한다. 아울러, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 드럼 롤러(120)와 엠보 롤러(150)의 사이에는 전면 히터(140)가 설치되어 있다
도 1을 참조하여 설명하면, 먼저 생분해성 제1시트(10)와, 인쇄 시트(20)를 각각 준비한다. 이때, 상기 인쇄 시트(20)는 생분해성 제2시트(21)와, 상기 생분해성 제2시트(21) 상에 형성된 인쇄층(22)을 포함한다.
상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)는 시트(sheet) 상으로서, 이들은 예를 들어 압출 방법으로 시트 상으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)는 생분해성 수지 100중량부에 대하여 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 40 ~ 100중량부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)를 구성하는 생분해성 수지는 자연 상태에서 분해되는 생분해성이면 제한되지 않는다. 상기 생분해성 수지는, 예를 들어 폴리락트산(poly lactic acid, PLA), 폴리글리콜산(poly glycolic acid, PGA), 폴리카프로락톤(poly caprolactone, PCL), 지방족 폴리에스테르 수지, 폴리히드록시 부틸산(poly hydroxy butyric acid, PHB) 및 D-3-히드록시 부틸산(D-3-hydroxy butyric acid) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)는 상기 나열한 바와 같은 생분해성 수지 중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 생분해성 수지를 포함하는 수지 조성물로부터 성형된 시트를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 나열된 생분해성 수지 중에서 적어도 폴리락트산을 포함하면 좋다. 폴리락트산은, 기계적 강도 등의 물성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephtalate, PET) 등과 비교하여 인장 탄성계수는 거의 유사한 정도로 나타나고, 굽힘 강성이 우수하며, 대기 중에서 수분을 쉽게 흡수하여 빠르게 산화되는 특성을 가지고 있어, 본 발명에 유용하다.
또한, 상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)는 전술한 바와 같이 생분해성 수지 이외에 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지를 더 포함한다. 구체적으로, 상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)는 각각 생분해성 수지 100중량부에 대하여 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 40 ~ 100중량부를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 시트 상으로 제조한다. 본 발명에 따르면, 상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)는 각각 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지를 더 포함하여, 생분해성을 가지면서 이와 함께 우수한 기계적 강도를 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지는 생분해성 수지와 매트릭스(matrix)를 형성하여, 생분해성 수지의 생분해성을 방해하지 않으면서 충격 강도 등의 기계적 물성을 개선한다. 이때, 상기 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지의 함량이 40중량부 미만인 경우, 이의 사용에 따른 기계적 물성(충격 강도 등)의 개선 효과가 미미할 수 있고, 100중량부를 초과하여 너무 많은 경우 생분해성이 다소 미미해질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지는 생분해성 수지 100중량부에 대하여 60 ~ 80중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)는 각각 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS ; poly butylene succinate)를 더 포함하는 것이 좋다. 구체적으로, 상기 생분해성 제1시트(10)와 생분해성 제2시트(21)는 각각 생분해성 수지 100중량부에 대하여 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 40 ~ 100중량부 및 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 40 ~ 100중량부를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 시트 상으로 제조한다.
위와 같이, 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)를 더 포함하는 경우, 생분해성 수지와 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지의 상용성이 개선되어, 충격 강도 등과 같은 기계적 물성이 더욱 효과적으로 향상된다. 보다 구체적으로, 상기 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)는 전술한 바와 같은 생분해성 수지(예를 들어, PLA)와 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 간의 상용성을 개선시켜, 이들이 복합된 매트릭스 구조를 효과적으로 형성시킨다. 이에 따라, 생분해성은 물론, 특히 충격 강도 등과 같은 기계적 물성이 매우 향상된 특성을 갖는다. 이때, 상기 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)의 함량이 40중량부 미만인 경우, 이의 첨가에 따른 상용성 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 상기 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)의 함량이 100중량부를 초과하는 경우, 과잉 첨가에 따른 상승효과가 그다지 크지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)는 생분해성 수지 100중량부에 대하여 50 ~ 90중량부로 포함되거나, 보다 구체적으로는 60 ~ 80중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 생분해성 제1시트(10) 및 생분해성 제2시트(21) 중에서, 적어도 상기 생분해성 제1시트(10)는 투명이다. 즉, 상층에 위치하는 생분해성 제1시트(10)는 투명이다. 또한, 하층에 위치하는 상기 생분해성 제2시트(21)의 경우에는 투명이거나 불투명일 수 있다. 상기 생분해성 제2시트(21)는, 예를 들어 무기물 등을 더 포함하여 불투명일 수 있다. 상기 생분해성 제2시트(21)는, 보다 구체적인 일례를 들어 이산화티탄(TiO2) 등의 백색 무기물을 더 포함하여, 백색의 색상을 가질 수 있다. 본 발명의 구체적인 형태에 따라서는, 상기 생분해성 제1시트(10)는 물론, 상기 생분해성 제2시트(21)의 경우도 투명이다.
또한, 본 발명에서, 상기 인쇄 시트(20)는 인쇄층(22)을 포함하는 것으로서, 이는 구체적으로 전술한 바와 같이 생분해성 제2시트(21)와, 상기 생분해성 제2시트(21) 상에 형성된 인쇄층(22)을 포함한다.
상기 인쇄층(22)은 인쇄방법을 통하여 생분해성 제2시트(21) 상에 형성된 것으로서, 이는 문자, 무늬, 색상 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 이러한 인쇄층(22)은 잉크 조성물이 인쇄되어 형성된다. 상기 인쇄층(22)은, 예를 들어 잉크젯 프린팅, 그라비아, 레이저 프린팅, 옵셋 인쇄 및 로터리 스크린 등의 다양한 인쇄방법을 통하여 형성될 수 있으며, 인쇄방법은 특별히 제한되지 않는다.
이때, 상기 잉크 조성물은 안료를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 안료 및 희석제 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 잉크 조성물은 생분해성 제2시트(21)와의 양호한 접착성을 위한 바인더(binder) 수지를 포함할 수 있다. 상기 잉크 조성물은, 구체적으로 바인더 수지, 안료 및 희석제를 포함할 수 있으며, 이들의 함량은 제한되지 않는다. 상기 잉크 조성물은, 예를 들어 바인더 수지 100 중량부에 대하여 안료 1 ~ 30중량부, 및 희석제 30 ~ 200 중량부를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 잉크 조성물에 포함된 바인더 수지는 접착성을 가지는 수지이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계 수지로부터 선택되거나, 전술한 바와 같은 생분해성 수지로부터 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 지방족 폴리에스테르 수지, 폴리히드록시 부틸산 및 D-3-히드록시 부틸산 등으로부터 선택된 하나 이상의 생분해성 수지를 포함할 수 있다. 그리고 상기 안료는 유기계 또는 무기계의 색상 안료로부터 선택될 수 있으며, 이러한 안료는 인테리어 시트나 데코레이션 시트 등의 제조에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 상기 희석제는 인쇄 시 인쇄적성(코팅성)을 갖게 하는 것이면 좋다. 희석제는, 예를 들어 알콜류 및 케톤류 등으로부터 선택된 유기 용제나 물 등으로부터 선택될 수 있다.
또한, 바람직한 구현례에 따라, 상기 인쇄층(22)은 아지리딘(aziridine)을 포함하는 것이 좋다. 상기 아지리딘(aziridine)은 무색의 액체로서, 이는 화학식 (CH2)2NH으로 표시되며, 분자량 43.1, 녹는점 －78℃, 끓는점 55 ~ 56 ℃이고, 물 및 유기 용제에 잘 용해되는 특성을 갖는다. 이러한 아지리딘은 불안정한 3원자 고리 구조를 가짐으로 인하여, 고리가 열리기 쉽고 반응성이 높으며, 특히 본 발명에서 사용되는 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 지방족 폴리에스테르 수지, 폴리히드록시 부틸산 및 D-3-히드록시 부틸산 등과 같은 생분해성 수지의 기능기와 반응하여 인쇄 시트(20) 표면의 인장강도와 신도를 향상시킨다.
아울러, 상기 아지리딘은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 상기 바인더 수지 100중량부에 대하여 50 ~ 100중량부로 포함될 수 있다. 이때, 아지리딘의 함량이 50중량부 미만이면 이의 첨가에 따른 효과가 미미할 수 있고, 100중량부를 초과하는 경우 비용 면에서 경제적이지 못하고 생분해성 수지를 열화시켜 합지 시트의 내구성을 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 잉크 조성물은 필요에 따라 기타 첨가제로서 소포제, 표면 개질제, 유화제, 가소제 및 분산제 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 통상의 것을 사용할 수 있다.
상기와 같은 생분해성 제1시트(10)와 인쇄 시트(20)를 준비한 다음, 이들을 적층한다. 이때, 도 1에 보인 바와 같이, 인쇄 시트(20)의 인쇄층(22) 상에 생분해성 제1시트(10)를 위치시킨다. 즉, 인쇄층(22)과 생분해성 제1시트(10)가 서로 맞닿도록 위치시킨다. 그리고 2개의 압착 롤러(112)(114)의 사이에 통과시켜, 소정의 압력으로 생분해성 제1시트(10)와 인쇄 시트(20)를 롤링 압착한다. 이때, 상기 압착 롤러(112)(114)는 상온이거나, 소정의 온도로 승온되어 있어도 좋다.
이후, 상기 압착 롤러(112)(114)를 통과한 시트 적층체(A)를 연속적으로 드럼 롤러(120)에 통과시켜 합지한다. 이때, 상기 드럼 롤러(120)의 표면에는 시트 적층체(A)의 생분해성 제2시트(21)가 밀착되게 한다. 또한, 상기 드럼 롤러(120)의 표면 온도는 50℃ ~ 150℃로 유지하는 것이 바람직하다. 이때, 드럼 롤러(120)의 표면 온도가 50℃ 미만인 경우, 인쇄층(22)과 생분해성 제1시트(10) 간의 열융착성이 다소 약하여 견고한 접합력을 갖기 어려울 수 있다. 그리고 드럼 롤러(120)의 표면 온도가 150℃를 초과하는 경우, 드럼 롤러(120)에 밀착되는 생분해성 제2시트(21)가 용융되어 드럼 롤러(120)에 부착되거나, 드럼 롤러(120)의 표면에 생분해성 제2시트(21)의 용융물이 잔류하여 연속 합지 가공이 어려울 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 드럼 롤러(120)의 표면 온도를 80℃ ~ 120℃로 유지하여 용융 합지하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 위와 같은 합지 과정에서는, 드럼 롤러(120)의 상단에 설치된 상부 히터(130)를 이용하여 80℃ ~ 200℃ 온도의 복사열을 가하는 것이 바람직하다. 상부 히터(130)의 복사열은 생분해성 제1시트(10)에 가해지며, 이러한 복사열에 의해 생분해성 제1시트(10)가 연화되어 인쇄층(22)과의 열융착성이 향상될 수 있다. 이때, 상부 히터(130)에서 가해지는 복사열이 80℃ 미만인 경우, 열융착성의 향상을 위한 생분해성 제1시트(10)의 연화가 다소 어려울 수 있다. 그리고 상부 히터(130)에서 가해지는 복사열이 200℃를 초과하는 경우, 생분해성 제1시트(10)의 표면이 용융되어 합지 시트 제품의 표면성이 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 상부 히터(130)를 이용하여 100℃ ~ 150℃ 온도의 복사열을 생분해성 제1시트(10)에 가하는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
위와 같이 용융 합지된 합지 시트(B)를 엠보 롤러(150)에 통과시켜 엠보싱한다. 이때, 상기 합지 시트(B)를 엠보 롤러(150)에 통과시키기 이전에, 드럼 롤러(120)와 엠보 롤러(150)의 사이에 설치된 전면 히터(140)를 이용하여 합지 시트(B)의 전면에 복사열을 가한다. 바람직하게는, 전면 히터(140)를 이용하여 합지 시트(B)의 생분해성 제1시트(10) 표면에 200℃ ~ 300℃ 온도의 복사열을 가하는 것이 좋다. 이와 같은 복사열이 가해지는 경우, 표면 연화에 의해 엠보 롤러(150)의 통과 시 엠보싱 효율이 증가될 수 있다. 이때, 전면 히터(140)의 복사열이 200℃ 미만인 경우, 표면 연화 정도가 약하여 엠보싱 효율 증가가 미미할 수 있다. 그리고 전면 히터(140)의 복사열이 300℃를 초과하는 경우, 과잉 온도 공급에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고, 에너지 면에서도 바람직하지 않다. 즉, 아래에서 설명하는 바와 같이, 엠보 롤러(150)에서는 150℃ 이상의 열이 가해지므로 전면 히터(140)에서 너무 높은 온도를 가할 필요는 없다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 전면 히터(140)를 이용하여 생분해성 제1시트(10) 표면에 220℃ ~ 250℃ 온도의 복사열을 가하는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
위와 같이 전면 히터(140)를 통해 예열된 합지 시트(B)를 엠보 롤러(150)와 고무 롤러(160)의 사이에 통과시켜 엠보싱한다. 이때, 도 1에 도시한 바와 같이, 엠보 롤러(150)의 표면은 합지 시트(B)의 생분해성 제1시트(10)에 밀착된다.
상기 엠보싱 과정에서는 엠보 롤러(150)를 통해 150℃ ~ 200℃의 온도와, 60㎏f/㎠ ~ 80㎏f/㎠의 압력을 가하여 엠보싱하는 것이 바람직하다. 이때, 엠보싱 온도가 150℃ 미만인 경우 양호한 엠보의 형성이 어려울 수 있다. 그리고 엠보싱 온도가 200℃를 초과하는 경우, 생분해성 제1시트(10)의 표면 연화가 너무 심해질 수 있다. 또한, 엠보싱 압력이 60㎏f/㎠ 미만인 경우, 엠보가 인쇄층(22)까지 형성되기 어려워 뚜렷한 입체 구조의 엠보 형성이 어려울 수 있다. 그리고 엠보싱 압력이 80㎏f/㎠를 초과하는 경우, 작업성이 떨어지고 시트 제품의 건조 후 파단이 발생될 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 엠보싱 과정에서는 엠보 롤러(150)를 통해 155℃ ~ 180℃의 온도와, 65㎏f/㎠ ~ 75㎏f/㎠의 압력을 가하여 엠보싱하는 것이 더욱 바람직하다.
위와 같은 엠보싱 가공한 합지 시트는 건조된 후, 통상과 같이 적정 크기로 절단된 다음, 권취되어 제품화될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 가공 방법에 따르면, 생분해성 시트의 합지와 엠보싱 형성이 동시에 가능하며, 특히 인쇄층(22) 상에 생분해성 제1시트(10)를 적층한 상태에서 용이하게 합지할 수 있다. 이에 따라, 인쇄층(22)이 벗겨지지 않으면서, 특히 인쇄층(22) 상에 뚜렷한 입체 구조의 엠보를 동시에 형성시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 생분해성 제1시트(10) 및 생분해성 제2시트(21)에 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지가 적정 함량으로 포함되어, 바람직하게는 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)가 적정 함량으로 더 포함되어 충격 강도 등의 우수한 기계적 강도를 갖는다. 이에 따라, 외부의 충격 등에 의한 터짐이나 찢김이 방지된다.
이하, 본 발명의 실시례 및 비교례를 예시한다. 하기의 실시례는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기에 예시된 비교례는 실시례와의 비교를 위해 제공되는 것이며, 이는 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
[실시례 1]
도 1에 보인 장치를 이용하여, 생분해성 시트를 다음과 같이 합지 및 엠보싱 가공하였다.
< 생분해성 투명 시트 제조 >
먼저, 폴리락트산(이하, 'PLA'라 함) 입자 100중량부에 대하여 입자 상의 아크릴로-부타디엔-스티렌 수지(이하, 'ABS'라 함)를 60중량부(고형분 기준)를 혼합한 다음, 이를 압출기에서 혼련 압출하여 수지 펠릿(pellet)을 제조하였다. 이후, 상기 수지 펠릿을 이축 압출기의 호퍼에 투입한 다음, 압출 온도 220℃, 취출 속도 5 m/min으로 압출하여 두께 약 500㎛를 가지는 여러 장의 투명 시트를 제조하였다.
< 엠보 시트 제조 >
다음으로, 상기 제조된 투명 시트 중에서 2장을 선택하고, 이중 1장의 시트 일면에 약 150㎛ 두께의 무광 인쇄층을 형성하였다. 그리고 상기 인쇄층 상에 다른 1장의 시트를 적층한 후, 도 1에 보인 장치를 통과시켜 합지 및 엠보싱 가공하였다. 가공 조건은 하기 [표 1]과 같다.
[실시례 2]
수지 펠릿을 제조함에 있어서, 폴리부틸렌 숙시네이트(이하, 'PBS'라 함)를 더 첨가하고, 가공 조건을 달리한 한 것을 제외하고는 상기 실시례 1과 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 실시례 1과 대비하여, 상기 수지 펠릿을 제조함에 있어서, PLA 입자 100중량부에 대해 입자 상의 PBS 60중량부를 더 첨가하여 제조한 것을 제외하고는 실시례 1과 동일하게 실시하여 합지 및 엠보싱 가공하였다. 그리고 가공 조건은 하기 [표 1]과 같다.
[비교례 1 ]
수지 펠릿을 제조함에 있어서, ABS를 사용하지 않은 것과 가공 조건을 달리한 것을 제외하고는 상기 실시례 1과 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 실시례 1과 대비하여, 상기 수지 펠릿을 제조함에 있어서, 수지로서 ABS를 첨가하지 않고 PLA만을 사용한 것을 제외하고는 실시례 1과 동일하게 실시하여 합지 및 엠보싱 가공하였다. 그리고 가공 조건은 하기 [표 1]과 같다.
상기 각 실시례 및 비교례에 따른 엠보 시트에 대하여, 충격 강도를 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 함께 나타내었다. 이때, 충격 강도는 ASTM D-256에 준하여 평가하되, 엠보 시트를 20cm x 15cm(가로 x 세로)를 절단하고, 절단된 시편의 양 말단을 고정한 다음, 충격을 가하여 파단 시의 강도(kgfㆍcm/cm)를 측정하여 평가하였다.
< 충격 강도 평가 결과 >

비고		 가공 조건 시트 조성
[중량부]
충격 강도
[kgfㆍcm/cm]
드럼
표면		 상부
히터		 전면
히터		 엠보싱
(온도, 압력)		 PLA ABS PBS
실시례1 90℃ 150℃ 210℃ 160℃,
70㎏f/㎠		 100 60 - 26.2
실시례2 100℃ 120℃ 230℃ 160℃,
70㎏f/㎠		 100 60 60 30.8
비교례1 50℃ 65℃ 180℃ 150℃,
50㎏f/㎠		 100 - - 21.5
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 본 발명의 실시례들에 따른 엠보 시트가 실시례보다 우수한 충격 강도를 가짐을 알 수 있다. 또한, 실시례 1보다는 PBS를 더 첨가한 실시례 2의 경우가 충격 강도가 더 높게 평가됨을 알 수 있다.
10 : 생분해성 제1시트 20 : 인쇄 시트
21 : 생분해성 제2시트 22 : 인쇄층
112, 114 : 압착 롤러 120 : 드럼 롤러
130 : 상부 히터 140 : 전면 히터
150 : 엠보 롤러 160 : 고무 롤러

Claims (5)

  1. 생분해성 제1시트와, 생분해성 제2시트 상에 인쇄층이 형성된 인쇄 시트를 제조하는 단계;
    상기 인쇄 시트의 인쇄층 상에, 상기 생분해성 제1시트를 적층하여 압착 롤러에 통과시키는 단계;
    상기 압착 롤러를 통과한 시트 적층체를 드럼 롤러에 통과시키되, 상기 드럼 롤러의 상단에 설치된 상부 히터를 이용하여 온도를 가하면서 상기 시트 적층체를 용융 합지하는 단계; 및
    상기 용융 합지된 합지 시트에 전면 히터를 이용하여 온도를 가한 후, 상기 합지 시트를 엠보 롤러에 통과시켜 엠보싱하는 단계를 포함하고,
    상기 생분해성 제1시트 및 생분해성 제2시트는 각각 생분해성 수지 100중량부에 대하여 아크릴로-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 40 ~ 100중량부 및 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 40 ~ 100중량부를 포함하며,
    상기 용융 합지하는 단계에서는, 상기 압착 롤러를 통과한 시트 적층체를 표면 온도 80℃ ~ 120℃의 온도로 유지되는 드럼 롤러에 통과시키되, 상기 드럼 롤러의 상단에 설치된 상부 히터를 이용하여 100℃ ~ 150℃의 온도를 가하면서 상기 시트 적층체를 용융 합지하고,
    상기 엠보싱하는 단계에서는, 상기 용융 합지된 합지 시트에 전면 히터를 이용하여 200℃ ~ 300℃의 온도를 가한 후, 상기 합지 시트를 엠보 롤러에 통과시키되, 155℃ ~ 180℃의 온도와 65㎏f/㎠ ~ 75㎏f/㎠의 압력을 가하여 엠보싱하는 것을 특징으로 하는 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 생분해성 제2시트는 이산화티탄(TiO2)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄층은 아지리딘(aziridine)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 시트의 엠보싱 가공 방법.
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