KR101541721B1 - 생분해성 다층 고분자 반사체 - Google Patents

Abstract

폴리락트산을 포함하는 제1 수지층과 방향족 폴리에스터 또는 폴리올레핀을 포함하는 제2 수지층이 교대로 적층된 구조를 가지는 다층 고분자 반사체는, 생분해율이 40% 이상이고 제조시 연신 공정성이 우수하며 높은 굴절률 차이를 발생시킬 수 있어서 광학적 특성이 우수하다.

폴리락트산, 방향족 폴리에스터, 생분해, 다층, 반사체

Description

생분해성 다층 고분자 반사체 {BIODEGRADABLE REFLECTIVE MULTILAYER POLYMERIC BODY}

본 발명은 포장재, 광학윈도우 등에 사용되는 생분해성이 우수한 다층 고분자 반사체에 관한 것이다.

종래의 다층 필름은 휘틀리 등의 미국 특허등록 제5,122,905호에 기재된 바와 같이, 복합 피드블럭을 이용하여 2종 이상의 폴리머를 동시에 압출 및 연신하여 제조하는 방법을 이용하고 있다. 특히 폴리에스터와 폴리메틸메타크릴레이트를 활용하여 광학적 특성을 부여한 다층 반사체 및 이에 대한 공정 기술이 제안되었다 (한국 특허공개 제2001-34062호). 이러한 반사체는 특정 파장을 반사시키며, 포장용품, 윈도우용품 등에 다방면으로 사용되어 왔다.

그러나 사용후 처리에 있어 사용된 이종의 물질들이 화학적이나 생물학적으로 안정된 물질이기 때문에, 토양의 오염을 유발하고 이종 수지들의 분리가 어려워 재활용이 어려운 문제점이 있다. 따라서 최근에는 생분해성의 지방족 폴리에스터 인 폴리락트산을 활용한 다양한 플라스틱 제품이 개발되고 있다 (한국 특허등록 제0625378호 및 제0793447호). 또한 폴리머 중합의 원료를 자연에서 추출한 프로판다이올을 활용한 플라스틱 제품에 대한 개발도 활발하게 진행되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하고, 생분해성 및 공정성이 우수한 폴리에스터계 다층 고분자 반사체를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 폴리락트산을 포함하는 제1 수지층과 방향족 폴리에스터 또는 폴리올레핀을 포함하는 제2 수지층이 교대로 적층된 구조를 가지며, 상기 제1 수지층 및 제2 수지층간의 굴절률 차이가 632.8nm에서 0.2 이상이고, 개별 수지층의 평균 두께가 30 내지 300 nm이며, KS M3100-1에 따라 180일간 측정한 생분해율이 40% 이상인, 생분해성 다층 고분자 반사체를 제공한다.

본 발명에 따르는 다층 고분자 반사체는, 종래에 비하여 생분해율이 우수하고, 제조과정 중 연신 공정에서 상이한 굴절률 차이를 발생시켜 가시광선 영역 혹은 적외선 영역의 파장을 반사시키는 광학적 특성이 우수하다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따르는 다층 고분자 반사체는, 저굴절률을 가지는 생분해성의 제1 수지로 이루어진 제1 수지층과, 고굴절률을 가지는 제2 수지로 이루어진 제2 수지층이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 제1 수지층과 제2 수지층의 굴절률 차이는 0.2 이상이며, 바람직하게는 0.2 내지 0.6인 것이 좋다.

제1 수지층은 폴리락트산계 수지를 주성분으로 하며, 632.8nm에서 1.5 이하의 저굴절률을 가지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 1.5인 것이 좋다.

제2 수지층은 방향족 폴리에스터계 수지 또는 폴리올레핀 수지를 주성분으로 하며, 632.8nm에서 1.5 이상의 고굴절률을 가지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.8인 것이 좋다.

제2 수지로서 사용할 수 있는 방향족 폴리에스터계 수지로는 방향족 디카복실산과 알킬렌글리콜을 주성분으로 중축합된 것이 가능하며, 상기 방향족 디카복실산의 구체적인 예로서는 테레프탈산, 디메틸테레프탈레이트, 이소프탈산, 디메틸이소프탈레이트, 나프탈렌디카복실산, 나프탈렌디카복실레이트 등을 들 수 있고, 상기 알킬렌글리콜의 구체적인 예로서는 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 테트라메틸렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 네오펜틸글리콜 등을 들 수 있다. 또한 제2 수지로서 사용할 수 있는 폴리올레핀 수지로는 폴리스티렌, 스티렌아크릴로니트릴 수지 등이 가능하다.

이와 같이, 제2 수지로서 바람직한 고분자는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리스티렌(PS), 스티렌아크릴로니트릴수지(SAN) 등을 들 수 있다.

제1 수지 및 제2 수지에는, 중축합촉매, 분산제, 정전인가제, 대전방지제, 자외선 차단제, 블로킹방지제, 기타 무기활제 등의 일반적인 첨가성분이 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 첨가되어도 무방하다.

두 수지층의 교대적층시 외관의 흐름이 발생하지 않기 위해서는 제1 수지와 제2 수지간의 점도의 차이가 크지 않아야 하며, 바람직하게는 제1 수지와 제2 수지의 점도는 1 : 4 내지 4 : 1의 비를 가지는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 점도가 같은 것이 좋다.

본 발명의 다층 고분자 반사체는 양 최외각층에 제1 수지층이 오도록 설계되는 것이 바람직하며, 양 최외각층의 두께의 합이 전체 반사체의 두께의 10 내지 40 %가 되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르는 다층 고분자 반사체가 광학적 효율을 갖기 위한 개별층의 평균 두께의 유효범위는 30 내지 300 nm이며, 더욱 바람직하게는 30 내지 150 nm이다. 본 발명의 다층 광학 필름의 적층 수는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 50층 이상인 것이 좋다.

이하, 본 발명의 다층 고분자 반사체를 제조하는 방법을 설명한다.

먼저, 상기에 예시한 바와 같은 제1 수지 및 제2 수지를 압출기를 통해 동시에 용융압출하는 공정이 실시된다. 용융압출 공정에서 폴리락트산계 폴리머의 경우 열에 매우 취약하므로 열화에 의해 기포, 열화물 등이 발생하여 제품의 외관에 문제가 생길 수 있다. 특히 여과기에서 체류하는 시간이 길기 때문에 여과기의 온도를 적정온도로 유지하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서 250℃ 이하, 바람직하게는 220 내지 250 ℃에서 압출을 실시하여야 하며, 방향족 폴리에스터 및 폴리올레핀 또한 이에 부합하는 230℃ 부근에서 압출이 가능한 것을 사용하는 것이 좋다.

다음으로, 용융압출된 제1 수지 및 제2 수지는 다층피드블럭을 통해 교대로 적층된다. 이 때 최외각층으로 제1 수지층이 오도록 설계되는 것이 바람직하다.

적층의 수는 파장의 위치, 반사율, 또는 필름의 두께에 따라 조절되며 적게는 50층 이상 많게는 1000층 이상으로 적층할 수 있다. 적층 수가 늘어남에 따라 특정 파장에 대한 반사율이 증가하게 되며 층에 구배를 줄 경우 반사파장의 범위는 넓어질 수 있다. 또한 각 층의 두께에 따라서도 파장의 위치를 변화시키는 것이 가능하며, 최외각층의 두께도 필요에 따라 조절이 가능하다.

다층피드블럭을 통해 형성된 적층체는 캐스팅 후 종방향 및 횡방향으로 연신 공정을 거친다. 연신 공정시 연신배향에 의해 굴절률이 1 이상의 차이를 가지도록 하기 위해서, 종방향 및 횡방향의 연신비율은 최소 2배 이상인 것이 바람직하며, 2 내지 10 배인 것이 더욱 바람직하고, 2 내지 6배인 것이 더욱 좋다. 연신시 롤점착, 과열 등의 문제가 발생하는 것을 방지하기 위해서, 연신 속도가 8 내지 12 m/min, 연신온도는 60 내지 80 ℃인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

제1 수지로서 폴리락트산(PLA, 제품명:4032D, NatureWorks사)을 사용하고, 제2 수지로서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT, 제품명:sorona 3015G, Dupont사)를 사용하였다.

2개의 압출기를 이용하여 제1,2 수지를 각각 230℃로 용융압출하였다. 용융압출된 제1,2 수지를 다층피드블럭을 사용하여 피드블럭 내에서 교대로 131층이 되도록 적층시켰다. 이 때, 제1 수지가 양 최외각층에 오도록 구성하였으며, 양 최외각층의 두께의 합이 최종 적층체의 총 두께의 30% 이상이 되도록 설계하였다.

얻어진 적층체를 20℃로 냉각된 냉각롤에 밀착시켜 131층의 미연신 적층 시트를 얻었다. 이를 2축 연신기를 통해 약 63℃에서 종방향 및 횡방향에 대해 4배로 연신을 실시한 후 230℃로 어닐링하여, 두께 19㎛의 이축연신된 다층 고분자 반사체를 제조하였다.

실시예 2

제2 수지로서 폴리스티렌(PS, 제품명:PS 15NF(I), LG화학(주))을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 두께 19㎛의 이축연신된 다층 고분자 반사체를 제조하였다.

실시예 3

제2 수지로서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT, 제품명:sorona 3015G, Dupont사)를 사용하고, 제2 수지층이 양 최외각층이 되도록 하였으며, 양 최외각층의 두께의 합이 최종 적층체의 총 두께의 20% 이하가 되도록 설계한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여, 두께 19㎛의 이축연신된 다층 고분자 반사체를 제조하였다.

비교예 1

제1 수지로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하고, 제2 수지로서 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, 제품명:MMA IF850, LG화학(주))를 사용하였다.

2개의 압출기를 이용하여 제1 수지는 약 280℃, 제2 수지는 230℃에서 용융 압출하였다. 용융압출된 제1,2 수지를 다층피드블럭을 사용하여 피드블럭 내에서 교대로 131층이 되도록 적층시켰다. 이 때, 제1 수지가 양 최외각층에 오도록 구성하였으며, 양 최외각층의 두께의 합이 최종 적층체의 총 두께의 30% 이상이 되도록 설계하였다.

이를 20℃로 냉각된 냉각롤에 밀착시켜 131층의 미연신 적층 시트를 얻었다. 이를 2축 연신기를 통해 약 100℃에서 종방향 및 횡방향 모두 4배로 연신을 실시한 후 230℃로 어닐링하여, 두께 18.7㎛의 이축연신된 다층 고분자 반사체를 제조하였다.

비교예 2

폴리락트산(PLA, 제품명:4032D, Nature works LLC) 수지를 230℃의 온도에서 압출기로 용융압출한 후 20℃로 냉각된 냉각롤에 밀착시켜 단층의 미연신 시트를 얻었다. 이를 2축 연신기를 통해 약 63℃에서 종방향 및 횡방향 모두 4배로 연신을 실시한 후 230℃로 어닐링하여, 두께 30㎛의 이축연신된 단층 고분자 반사체를 제조하였다.

비교예 3

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 약 260℃의 온도에서 용융 압출하고 20℃로 냉각된 냉각롤에 밀착시켜 단층의 미연신 시트를 얻었다. 이를 2축 연신기를 통해 약 85℃에서 종방향 및 횡방향 모두 4배로 연신을 실시한 후 230℃로 어닐링하여, 두께 30㎛의 이축연신된 단층 고분자 반사체를 제조하였다.

시험예

(1) 스펙트럼 분석

실시예 1 및 3과 비교예 1에서 제조된 고분자 반사체에 대해 코니카 미놀타(Konica Minolta)사의 헌터랩(Hunter Lab)을 이용하여 반사파장을 관찰하였다.

측정한 스펙트럼 결과를 도 2 내지 4에 첨부하였다.

도 2 내지 4를 보면, 실시예 1 및 3의 경우 비교예 1에 비하여 스펙트럼의 범위가 넓은 것을 알 수 있다. 이는 기존의 PET/PMMA에 비해 좀더 큰 굴절률 차이에서 기인한 것이며, 이에 따라 반사 파장의 강도(intensity)가 높아져 반사파장의 영역이 넓어지게 되고, 그 결과 색상면에서 기존의 제품에 비해 보다 선명한 색을 발현하는 것이 가능하다.

(2) 생분해율

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 고분자 반사체에 대해 KS M3100-1 (2003)에 의거하여 180일간 측정한 생분해도 값의 표준 물질과의 비를 생분해율로 평가하여, 결과를 하기 표 1에 정리하였다.

생분해율 (%) = (시료의 생분해도 / 표준물질의 생분해도) x 100

상기 표 1에서 보는 바와 같이, PLA 수지만으로 구성된 비교예 2의 단층 고분자 반사체를 제외하고는 본 발명의 다층 고분자 반사체가 종래의 다층 고분자 반사체에 비하여 생분해성이 우수하였다.

이상, 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 다층 고분자 반사체의 적층 구조를 나타내는 개략도이다 (1. 폴리락트산계 수지를 주성분으로 포함하는 제1 수지층, 및 2. 방향족 폴리에스터 또는 폴리올레핀계 수지를 주성분으로 포함하는 제2 수지층)

도 2는 실시예 1에서 제조된 다층 고분자 반사체의 스펙트럼 결과이다.

도 3은 실시예 3에서 제조된 다층 고분자 반사체의 스펙트럼 결과이다.

도 4는 비교예 1에서 제조된 다층 고분자 반사체의 스펙트럼 결과이다.

Claims (10)

1. 폴리락트산을 포함하는 제1 수지층과 방향족 폴리에스터 또는 폴리올레핀을 포함하는 제2 수지층이 교대로 적층된 구조를 가지며, 상기 제1 수지층 및 제2 수지층간의 굴절률 차이가 632.8nm에서 0.2 이상이고, 개별 수지층의 평균 두께가 30 내지 300 nm이며, KS M3100-1에 따라 180일간 측정한 생분해율이 40% 이상인, 생분해성 다층 고분자 반사체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 수지층은, 632.8nm에서 1.3 내지 1.5의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2 수지층은, 632.8nm에서 1.5 내지 1.8의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 수지층 및 제2 수지층간의 굴절률 차이가 0.2 내지 0.6인 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.
5. 제1항에 있어서,

   상기 다층 고분자 반사체는, 상기 제1 수지층이 최외각층으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 수지층과 제2 수지층을 이루는 수지의 점도 비가 1 : 4 내지 4 : 1인 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제2 수지층은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리스티렌(PS), 및 스티렌아크릴로니트릴수지(SAN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.
8. 제1항에 있어서,

   상기 다층 고분자 반사체는, 폴리락트산을 포함하는 제1 수지와 방향족 폴리에스터 또는 폴리올레핀을 포함하는 제2 수지를 각각 용융압출하여 교대로 적층한 뒤 이축연신하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.
9. 제8항에 있어서,

   상기 용융압출 온도는, 220 내지 250 ℃인 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.
10. 제8항에 있어서,

    상기 이축연신은, 2 내지 10 배의 연신비율, 8 내지 12 m/min의 연신속도, 및 60 내지 80 ℃의 연신온도의 조건으로 실시되는 것을 특징으로 하는, 생분해성 다층 고분자 반사체.

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