KR101805103B1 - 환경친화형 다층 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경친화형 다층 필름에 관한 것으로, 지방족 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1수지층과, 이 제1수지층의 한면 또는 양면에 생분해성 수지를 포함하는 제2수지층이 적층되어 있고, 상기 제2수지층 내에 평균 입경 0.5 내지 10㎛의 불활성 무기입자를 제2수지층 총 중량의 0.01 내지 10 중량%의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는, 본 발명의 다층 필름은 우수한 내블록킹성, 내열성 및 투명성을 가지면서도 분해 가능하여 식품 포장재 등의 다양한 용도에 친환경적으로 사용될 수 있다.

Description

환경친화형 다층 필름 {ENVIRONMENT-FRIENDLY MULTI-LAYER FILM}

본 발명은 우수한 내블록킹성, 내열성 및 투명성을 가지면서도 분해 가능하여, 포장재용으로 유용한 환경친화형 다층 필름에 관한 것이다.

포장 용도로 많이 사용되는 플라스틱 필름으로는 셀로판(cellophane), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론(nylon), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등을 들 수 있다.

그러나, 셀로판 필름은 제조 공정 중에 심한 환경오염을 유발하여 생산 자체에 많은 규제를 받고 있으며, 폴리비닐클로라이드 필름은 소각시 다이옥신 등과 같은 유해물질을 발생하여 사용에 많은 규제를 받고 있다. 또한, 폴리에틸렌 필름은 내열성과 기계적 특성이 부족하여 저급 포장 용도 이외에는 그 사용에 제한이 있다. 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등은 비교적 안정한 분자 구조를 가져 양호한 기계적 특성을 지니고 있으나, 이들은 포장 용도로 사용된 후 특별한 처리 없이 매립되면 화학적, 생물학적 안정성 때문에 거의 분해가 되지 않고 땅 속에 축적되어 매립지의 수명을 단축하고 토양 오염의 문제를 유발한다.

이러한 분해가 되지 않는 플라스틱 필름의 단점을 보완하기 위해 최근 들어 수지 자체의 분해성이 있는 지방족 폴리카보네이트를 사용하여 필름을 제조하는 방법이 다양하게 연구되고 있다. 지방족 폴리카보네이트는 이산화탄소를 직접 자원화하는 환경친화적인 고분자이나, Tg(유리전이온도)가 낮고 점착성(sticky)이 있어 이를 단독으로 사용하는 경우 제조공정이나 후공정에서 블록킹(blocking)을 발생시켜 공정상 문제를 유발하고, 내열성 또한 낮다는 단점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은 우수한 내블록킹성, 내열성 및 투명성을 가지면서도 분해 가능하여, 포장재용으로 유용한 환경친화형 다층 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

지방족 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1수지층과, 이 제1수지층의 한면 또는 양면에 생분해성 수지를 포함하는 제2수지층이 적층되어 있고,

상기 제2수지층 내에 평균 입경 0.5 내지 10㎛의 불활성 무기입자를 제2수지층 총 중량의 0.01 내지 10 중량%의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는,

다층 필름을 제공한다.

본 발명에 따른 다층 필름은 지방족 폴리카보네이트 수지의 한면 또는 양면에 불활성 무기입자를 첨가한 생분해성 수지를 공압출함으로써 투명성을 유지함과 동시에, 지방족 폴리카보네이트의 내열성 및 내블록킹성을 보완하여, 식품 포장재 등의 다양한 용도에 친환경적으로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 필름은 지방족 폴리카보네이트 수지를 주성분으로 하는 제1수지층과, 이 제1수지층의 한면 또는 양면에 생분해성 수지를 주성분으로 하는 제2수지층이 적층되어 있는 2층 또는 3층 필름이면서, 상기 제2수지층 내에 평균 입경 0.5 내지 10㎛의 불활성 무기입자를 제2수지층 총 중량의 0.01 내지 10 중량%의 양으로 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 지방족 폴리카보네이트 수지를 단독으로 또는 소량의 다른 생분해성 수지와 함께 블렌딩하여 제1수지층의 수지로 사용할 수 있다.

상기 지방족 폴리카보네이트 수지는 알킬렌 옥사이드, 사이클로알켄 옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 에폭사이드 화합물과 이산화탄소를 공중합하여 제조할 수 있다. 이때, 중합 촉매로는 디에틸아연(미국특허 제 3,585,168 호)과 같은 아연 전구체 또는 오늄염을 포함하는 착화합물(대한민국특허 제 10-0853358 호) 등을 사용할 수 있다.

상기 에폭사이드 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부텐 옥사이드, 펜텐 옥사이드, 헥센 옥사이드, 옥텐 옥사이드, 데센 옥사이드, 도데센 옥사이드, 테트라데센 옥사이드, 헥사데센 옥사이드, 옥타데센 옥사이드, 부타디엔 모노옥사이드, 1,2-에폭사이드-7-옥텐, 사이클로펜텐 옥사이드, 사이클로헥센 옥사이드, 사이클로옥텐 옥사이드, 사이클로도데센 옥사이드, 2,3-에폭사이드노보넨, 리모넨 옥사이드 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.

지방족 폴리카보네이트 수지 공중합 시 이산화탄소의 압력은 상압 내지 100 기압, 바람직하게는 5 내지 30 기압일 수 있다. 또한, 중합 온도는 20 내지 120℃, 바람직하게는 50 내지 90℃일 수 있다.

지방족 폴리카보네이트 수지를 공중합하는 방법으로는 회분식 중합법, 반 회분식 중합법, 연속식 중합법 등이 있다. 회분식 또는 반 회분식 중합법을 사용하는 경우 반응 시간은 1 내지 24 시간, 바람직하게는 1.5 내지 4 시간일 수 있고, 연속식 중합법을 사용하는 경우 촉매의 평균 체류시간도 마찬가지로 1.5 내지 4 시간으로 하는 것이 바람직하다.

상기 지방족 폴리카보네이트 수지의 구체적인 예로는 바람직하게는 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.

본 발명에 사용되는 지방족 폴리카보네이트 수지의 수평균 분자량(Mn)은 50,000 내지 1,000,000 g/mol일 수 있다. 여기에서 수평균 분자량(Mn)은 단일분자량분포의 폴리스타이렌을 표준물질로 보정하여 GPC로 측정한 수평균 분자량을 의미한다.

일반적으로 방향족 폴리카보네이트는 유독 물질인 비스페놀-A(bisphenol-A)와 포스겐(phosgene)을 사용하여 제조되기 때문에 제조과정에서부터 매우 위험한 반면, 지방족 폴리카보네이트는 이산화탄소를 활용하므로 대기로 배출되는 이산화탄소의 저감에 기여한다는 장점도 있다. 또한, 방향족 폴리카보네이트는 자연 분해가 일어나지 않고 소각 시 환경 유해 물질을 배출하나, 지방족 폴리카보네이트는 소각 시에도 이산화탄소와 물로 분해가 가능하다.

또한, 본 발명의 제1수지층에는 통상의 정전인가제, 대전방지제, 산화방지제, 열안정제, 자외선 차단제, 블로킹 방지제 및 기타 무기활제가 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 첨가되어도 무방하다.

본 발명에서는, 생분해성 수지를 단독으로 또는 1종 이상 블렌딩하여 상기 제1수지층의 한면 또는 양면에 적층되는 제2수지층의 수지로 사용할 수 있다.

제1수지층 또는 제2수지층에 사용되는 생분해성 수지의 구체적인 예로는 폴리락트산 및 이의 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리글리콜산, 폴리부틸렌석시네이트, 폴리부틸렌아디페이트 및 폴리부틸렌아디페이트-석시네이트(PBAS)와 같은 지방족 폴리에스테르 수지; 셀룰로오스계 화합물; 폴리하이드록시알킬레이트 수지; 폴리부틸렌아디페이트-테레프탈레이트(PBAT) 수지; 폴리부틸렌석시네이트-테레프탈레이트(PBST) 수지; 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.

본 발명에 사용되는 생분해성 수지의 융점은 60℃ 이상이 바람직하다.

본 발명의 필름은 제2수지층 내에 평균 입경 0.5 내지 10㎛의 불활성 무기입자를 제2수지층 총 중량의 0.01 내지 10 중량%의 양으로 함유하는데, 이로써 지방족 폴리카보네이트의 낮은 내블록킹성을 보완할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2수지층에는 통상의 정전인가제, 대전방지제, 산화방지제, 열안정제, 자외선 차단제 및 기타 무기활제가 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 첨가되어도 무방하다.

본 발명의 다층 필름은, 예컨대, 상기한 바와 같은 제1수지층의 수지와 제2수지층의 수지를 공압출하여 2층 또는 3층의 미연신 시트를 얻은 후, 통상의 연신 방법으로 일축 또는 이축 연신하고 열고정함으로써 제조할 수 있다. 이때, 미연신 시트를 종방향 및 횡방향으로 이축 연신하여 양방향 수축 필름을 제조하거나, 종방향과 횡방향 중 어느 한 방향으로만 일축 연신하여 단방향 수축 필름을 제조하는 것이 가능하며, 바람직하게는 총 연신배율이 약 3 내지 약 25배가 되도록 연신을 수행할 수 있다.

상기 제2수지층은 불활성 무기입자를 필수적으로 함유하는데, 본 발명의 목적에 부합되는 내블록킹성을 구현하기 위해서는 불활성 무기입자가 제2수지층의 수지 중에 균일하게 분포하는 것이 중요하다. 이를 위해서는, 제2수지층의 수지에 불활성 무기입자를 컴파운딩하여 마스터 칩(master chip)을 만든 후 불활성 무기입자를 함유하지 않는 제2수지층의 수지와 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다층 필름은 6㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 제1수지층과 제2수지층의 두께비(함량비)는 0.1~30 : 1 인 것이 바람직하다.

본 발명의 다층 필름은 1.0 이하의 마찰계수를 가져 내블록킹성이 우수하며, 10% 이하의 열수축률을 가져 가공시 변형이 없고, 10% 이하의 헤이즈(haze)를 가져 다양한 용도에의 적용이 가능하다. 이때, 상기 열수축률은 90℃ 열풍에서 5분간 처리 후 측정된 것이다.

이에 따라 본 발명은 또한 상기 다층 필름을 포함하는 포장재를 제공한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 다층 필름은 지방족 폴리카보네이트 수지의 한면 또는 양면에 불활성 무기입자를 첨가한 생분해성 수지를 공압출함으로써 투명성을 유지함과 동시에, 지방족 폴리카보네이트의 내열성 및 내블록킹성을 보완하여, 식품 포장재 등의 다양한 용도에 친환경적으로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

하기 실시예 및 비교예에서, PPC로는 이산화탄소와 프로필렌옥사이드의 교대 공중합으로 얻어진 폴리프로필렌카보네이트 수지(Empower사, QPAC40)를, PLA로는 폴리락트산 수지(Nature Works LLC, 4032D)를, PEC로는 이산화탄소와 에틸렌옥사이드의 교대 공중합으로 얻어진 폴리에틸렌카보네이트 수지(Empower사, QPAC25)를 각각 사용하였다.

실시예 1 : 3층 필름의 제조

PPC를 제1수지층의 수지로 사용하였다. 제2수지층의 수지로는, PLA(Nature Works LLC, 4032D) 95중량%와, 이와 동일한 PLA에 평균 입경 2㎛의 이산화규소 2중량%를 첨가한 마스터 배치 수지 5중량%를 혼합하여, 전체 이산화규소 함유량이 0.1중량%인 수지를 사용하였다.

제1수지층의 수지는 별도의 건조 없이 사용하고, 제2수지층의 수지는 열풍건조기로 110℃에서 3시간 건조하여 수분을 제거한 후, 2개의 압출기와 피드블럭장치를 사용하여, 제1수지층이 가운데층, 제2수지층이 양면 외곽층에 위치하도록 하여 용융 압출하였다. 이때, 제1수지층의 수지는 190℃로, 제2수지층의 수지는 220℃로 용융 압출하였다.

이렇게 얻어진 미연신 적층 시트를 75℃로 예열하여 종방향으로 3.5배 연신하고, 다시 80℃로 예열하여 횡방향으로 4.0배 연신한 후, 120℃에서 열고정하여 전체 두께 25㎛의 3층 필름(제2수지층의 함량(두께)은 전체 함량의 20 중량%)을 제조하였다.

실시예 2 및 3 : 2층 또는 3층 필름의 제조

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 수지의 종류 및 공정조건에 근거하여 상기 실시예 1과 유사한 방법으로 두께 25㎛의 2층 또는 3층 필름을 제조하였다.

비교예 1 : 단층 필름의 제조

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 수지의 종류 및 공정조건에 근거하여 두께 25㎛의 단층 필름을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 필름에 대한 물성 측정 및 성능 평가를 다음과 같은 방법으로 실시한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(1) 열수축률

필름 시료를 수축률을 측정하려는 방향으로 길이 200 ㎜, 폭 15 ㎜로 절단하여, 90℃의 온도로 유지되는 열풍 오븐에서 5분간 처리한 후 길이의 변화를 측정하여 하기 수학식 1에 의하여 열수축률(%)을 계산하였다.

(2) 헤이즈

일본 니혼 세미츄 코가쿠(Nihon Semitsu Kogaku)사의 헤이즈미터(모델명 : SEP-H)로 C-광원을 사용하여 헤이즈(%)를 측정하였다.

(3) 마찰계수

ASTM D1894의 표준 측정법에 따라 15 ㎜ ㅧ 15 ㎜ 크기의 필름 시료를 2장 겹쳐 놓은 후, 그 위에 150 g의 추를 올려놓고, 20 ㎜/분의 속도로 미끄러뜨렸을 때 생성되는 힘을 마찰면에 수직으로 작용하는 힘으로 나누어 마찰계수를 산출하였다.

상기 표 1로부터, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 2층 또는 3층 필름은 비교예 1의 단층 필름에 비해 열수축률 및 마찰계수가 낮고 헤이즈도 양호하여 우수한 내블록킹성, 내열성 및 투명성을 가지므로 포장재 용도에 친환경적으로 사용될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 지방족 폴리카보네이트 수지로 이루어진 제1수지층과, 이 제1수지층의 한면 또는 양면에 생분해성 수지를 포함하는 제2수지층이 적층되어 있고,
   상기 제2수지층 내에 평균 입경 0.5 내지 10㎛의 불활성 무기입자를 제2수지층 총 중량의 0.01 내지 10 중량%의 양으로 함유하며,
   상기 지방족 폴리카보네이트 수지가 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 다층 필름.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 지방족 폴리카보네이트 수지가 50,000 내지 1,000,000 g/mol의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는 다층 필름.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 생분해성 수지가 폴리락트산 및 이의 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리글리콜산, 폴리부틸렌석시네이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리부틸렌아디페이트-석시네이트, 셀룰로오스계 화합물, 폴리하이드록시알킬레이트, 폴리부틸렌아디페이트-테레프탈레이트, 폴리부틸렌석시네이트-테레프탈레이트 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 필름.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1수지층 및 제2수지층이 0.1~30 : 1 의 두께비를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 필름.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 다층 필름이 6㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 필름.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 다층 필름이 1.0 이하의 마찰계수를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 필름.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 다층 필름이 10% 이하의 헤이즈(haze)를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 필름.
10. 제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항의 다층 필름을 포함하는 포장재.