KR101976434B1 - 무기입자 및 카본블랙을 포함하는 발포시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

무기입자 및 카본블랙을 포함하는 발포시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 발포시트는 폴리에스테르 수지에 무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 포함함으로써, 발포시트의 내열성 및 성형성이 향상되어 성형시간을 줄일 수 있으며 정전기 방지 효과를 가지는 장점이 있다.

Description

무기입자 및 카본블랙을 포함하는 발포시트 및 이의 제조방법{Foam sheet containing inorganic particle and carbon black, and preparation method thereof}
본 발명은 무기입자 및 카본블랙을 포함하는 발포시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
통상 식품 용기로 사용되고 있는 제품은 발포식, 비발포식으로 나뉜다. 발포 방식 제품은 폴리스타이렌을 발포 가스와 혼합시켜 압출시킨 제품이 사용되고 있는데, 두께를 비교적 두껍게 유지할 수 있어 형태유지, 단열성, 가격 경쟁력이 높은 장점이 있으나 고온에서 유해물질이 검출되는 단점이 있다. 비발포 용기의 경우, 열에 안정한 폴리프로필렌을 필름형태로 제작된 제품이 사용되고 있는데, 고온에서 형태변화율이 적고, 유해물질이 검출되지 않는 장점이 있으나, 가격이 비싸고 단열이 잘 되지 않는 단점이 있다.
일회용 내열용기로 가장 많이 쓰이고 있는 대표적인 제품이 컵라면 용기라 할 수 있는데, 이전에는 폴리스타이렌 발포 용기를 사용하였지만, 고온에서 유해물질이 검출되는 점이 이슈화 되어 이를 종이 용기로 대체되어 사용되고 있으나 가격이 높은 단점이 있다.
현대사회에서 점차 생활이 편리해 지면서 일회용품 사용이 증가하고, 1인가구 증가에 따른 배달음식 및 간편요리 제품의 수요가 점차 늘어나고 있고, 이에 따라 식품 포장 용기의 수요도 증가하고 있으며 유해물질로부터 안전하고 용도에 따른 기능이 부여된 새로운 용기 소재에 대한 소비자 니즈가 점점 커지고 있다. 따라서 수려한 외관, 편리함, 안전성, 친환경 성능을 모두 갖춘 포장 용기에 대한 연구가 필요한 실정이다.
한국공개특허 10-2012-0058347
본 발명은 무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은,
무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트로서,
무기입자의 함량은 평균 0.05 중량% 내지 1 중량%이며,
카본블랙의 함량은 평균 0.05 중량% 내지 5 중량%이고,
카본블랙의 크기는 평균 10 ㎚ 내지 5000 ㎚이며,
발포시트의 셀 사이즈는 평균 10 ㎛ 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 발포시트를 제공할 수 있다:
또한, 본 발명은,
무기입자, 카본블랙(Carbon black) 및 폴리에스테르 수지를 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고,
발포시트를 제조하는 단계에서, 평균 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 셀을 형성하며,
무기입자의 함량은 0.05 중량% 내지 1 중량%이고,
카본블랙의 함량은 0.05 중량% 내지 5 중량%이며,
카본블랙의 평균 크기는 10 ㎚ 내지 5000 ㎚인 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트는 폴리에스테르 수지에 무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 포함함으로써, 발포시트의 내열성 및 성형성이 향상되어 성형시간을 줄일 수 있으며 정전기 방지 효과를 가지는 장점이 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
본 발명은 무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트로서, 내열성 및 성형성이 향상되어 성형시간을 줄일 수 있으며 정전기 방지 효과를 나타내는 발포시트 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
종래 PET 발포시트는 녹는점이 폴리스티렌 발포시트에 비해 낮아 기존 폴리스티렌의 온도 조건에서 성형이 어려운 단점이 있다. 상기와 같은 현상을 개선하기 위해서, 본 발명의 발포시트는 폴리에스테르 수지에 무기입자 및 카본블랙을 혼합하여 제조하였으며, 이에 따라 발포시트의 내열성 및 성형성을 향상시키고 정전기 방지 효과를 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 발포시트에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은, 무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트로서,
무기입자의 함량은 평균 0.05 중량% 내지 1 중량%이며,
카본블랙의 함량은 평균 0.05 중량% 내지 5 중량%이고,
카본블랙의 크기는 평균 10 ㎚ 내지 5000 ㎚이며,
발포시트의 셀 사이즈는 평균 10 ㎛ 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 발포시트를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 발포시트는 평균 0.05 중량% 내지 1 중량%의 무기입자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 발포시트는 평균 0.05 중량% 내지 0.8 중량%, 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 또는 0.15 중량% 내지 0.25 중량%의 무기입자를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 발포시트는 평균 0.05 내지 0.5 중량% 또는 0.2 내지 0.8 중량%의 무기입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 무기입자는 산화티탄(TiO2), 활석(Talc), 실리카(Silica) 및 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 무기입자는 산화티탄(TiO2) 또는 활석(Talc)일 수 있다. 상기와 같이 무기입자를 포함함으로써, 본 발명의 발포시트는 셀의 사이즈가 작으며 셀의 밀도가 높을 수 있다.
예를 들어, 무기입자의 크기는 평균 0.05 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 무기입자의 크기는 평균 0.08 ㎛ 내지 40 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 35 ㎛ 또는 0.05 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 무기입자의 크기는 평균 0.1 ㎛ 내지 15 ㎛ 또는 2 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기와 같은 크기의 무기입자를 포함함으로써, 셀의 발포성 및 셀 사이즈를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 발포시트는 0.05 중량% 내지 5 중량%의 카본블랙(Carbon black)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 발포시트는 0.05 중량% 내지 4.5 중량%, 0.1 중량% 내지 4 중량% 또는 0.15 중량% 내지 3.5 중량%의 카본블랙(Carbon black)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 발포시트는 0.05 내지 3 중량% 또는 0.3 내지 3 중량%의 카본블랙(Carbon black)을 포함할 수 있다. 상기와 같이 무기입자를 포함함으로써, 본 발명의 발포시트는 셀의 사이즈가 작으며 셀의 밀도가 높을 수 있다.
예를 들어, 카본블랙의 크기는 평균 10 ㎚ 내지 5000 ㎚일 수 있다. 구체적으로, 카본블랙의 크기는 평균 20 ㎚ 내지 2000 ㎚, 25 ㎚ 내지 1500 ㎚ 또는 30 ㎚ 내지 550 ㎚일 수 있다. 보다 구체적으로, 카본블랙의 크기는 평균 15 ㎚ 내지 200 ㎚ 또는 25 ㎚ 내지 550 ㎚일 수 있다. 상기와 같은 카본블랙을 포함함으로써, 발포시트의 내열성 및 성형성을 향상시켜 성형 시간을 단축시킬 수 있으며, 정전기 방지 효과를 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 발포시트의 셀 사이즈는 평균 10 ㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 구체적으로 상기 발포시트의 셀 사이즈는 평균 15 ㎛ 내지 450 ㎛, 20 ㎛ 내지 400 ㎛ 또는 50 ㎛ 내지 370㎛ 일 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트의 셀 사이즈는 평균 10 ㎛ 내지 400㎛, 80㎛ 내지 350㎛ 또는 100 ㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 상기와 같은 셀사이즈는 무기입자 및 카본블랙이 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다. 이에 따라, 발포시트의 셀 밀도가 높아지며 내충격성이 우수하여 식품용기로 사용하기 용이하다.
또한, 발포시트의 셀 밀도는 평균 800 cells/㎠ 내지 25000 cells/㎠ 일 수 있다. 구체적으로 상기 발포시트의 셀 밀도는 평균 800 cells/㎠ 내지 23000 cells/㎠, 820 cells/㎠ 내지 2000 cells/㎠ 또는 900 cells/㎠ 내지 1800 cells/㎠ 일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 발포시트의 셀 밀도는 평균 800 cells/㎠ 내지 1800 cells/㎠ 또는 1500 cells/㎠ 내지 23000 cells/㎠ 일 수 있다. 상기와 같은 셀 밀도는 무기입자가 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다. 이에 따라, 발포시트의 셀 밀도가 높아지며 내충격성이 우수할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명의 발포시트의 두께는 평균 1㎜ 내지 10㎜일 수 있다. 구체적으로, 상기 발포시트의 두께는 평균 1.5㎜ 내지 9.0㎜, 2.0㎜ 내지 8.0㎜ 일 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트의 두께는 평균 1.5㎜ 내지 5.0㎜ 또는 2㎜ 내지 7.0㎜일 수 있다.
본 발명에서 폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트는, 하기 수학식 1을 만족할 수 있다:
[수학식 1]
|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 15%
상기 수학식 1에서,
V0은 200℃ 오븐에서 5분 동안 노출 전 발포시트의 체적(mm3)이고,
V1은 200℃ 오븐에서 5분 동안 노출 후 발포시트의 체적(mm3)이다.
구체적으로, 상기 발포시트의 샘플을 200℃ 오븐에 5분 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 발포시트를 포함하는 식품 용기의 열에 실제 사용 환경과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 발포시트의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 1에 따른 치수 변화율은 0.01 내지 15%, 0.05 내지 10% 또는 0.1 내지 5% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 1의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 발포시트는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 식품 용기는 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발포시트는 평균 107 내지 1014의 비저항값을 가질 수 있다. 구체적으로, 발포시트는 평균 107 내지 1013, 5X107 내지 5X1012 또는 108 내지 1012의 비저항값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 발포시트는 평균 5X107 내지 1013 또는 109 내지 1012의 비저항값을 가질 수 있다. 상기 발포시트는 발포시트 내에 카본블랙을 포함함으로써 상기와 같은 비저항값을 가질 수 있으며, 이에 따라 정전기가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포시트는, 배리어(Barrier) 성능, 친수화 기능 또는 방수 기능을 가질 수 있으며, 계면활성제, 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 수지 발포시트는 증점제, 열안정제 및 발포제를 포함할 수 있다.
상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)가 사용될 수 있다.
상기 열안정제는, 유기 또는 무기 인 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기 인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 열안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 수지 발포시트의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.
상기 발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제 또는 아조디카르본아마이드(azodicarbonamide)계 화합물, P,P'-옥시비스(벤젠술포닐하이드라지드)[P,P'-oxy bis (benzene sulfonyl hydrazide)]계 화합물, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라아민(N,N'-dinitroso pentamethylene tetramine)계 화합물 등의 화학적 발포제가 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 CO2가 사용될 수 있다.
본 발명은, 무기입자, 카본블랙(Carbon black) 및 폴리에스테르 수지를 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고,
발포시트를 제조하는 단계에서, 평균 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 셀을 형성하며,
무기입자의 첨가량은 평균 0.05 중량% 내지 1 중량%이고,
카본블랙의 첨가량은 평균 0.05 중량% 내지 5 중량%이며,
카본블랙의 크기는 평균 10 ㎚ 내지 5000 ㎚인 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법을 제공한다.
상기 무기입자는 0.05 중량% 내지 1 중량%로 첨가할 수 있다. 구체적으로, 상기 무기입자는 0.05 중량% 내지 0.8 중량%, 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 또는 0.15 중량% 내지 0.25 중량%로 첨가할 수 있다. 예를 들어, 상기 무기입자는 산화티탄(TiO2), 활석(Talc), 실리카(Silica) 및 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기입자는 산화티탄(TiO2) 또는 활석(Talc)일 수 있다.
구체적으로, 무기입자의 크기는 평균 0.05 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 무기입자의 크기는 평균 0.08 ㎛ 내지 40 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 35 ㎛ 또는 0.05 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 무기입자의 크기는 평균 0.1 ㎛ 내지 15 ㎛ 또는 2 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기와 같은 무기입자를 함으로써, 분산성이 우수하여 셀 발포시 셀 발현 균일도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 셀의 발포성 및 셀 사이즈를 제어할 수 있다.
상기 카본블랙은 0.05 중량% 내지 5 중량%로 첨가할 수 있다. 구체적으로, 상기 카본블랙은 0.05 중량% 내지 4.5 중량%, 0.1 중량% 내지 4 중량% 또는 0.15 중량% 내지 3.5 중량%로 첨가할 수 있다. 보다 구체적으로, 카본블랙은 0.05 내지 3 중량% 또는 0.3 내지 3 중량%로 첨가할 수 있다.
예를 들어, 카본블랙의 크기는 평균 10 ㎚ 내지 5000 ㎚일 수 있다. 구체적으로, 카본블랙의 크기는 평균 20 ㎚ 내지 2000 ㎚, 25 ㎚ 내지 1500 ㎚ 또는 30 ㎚ 내지 550 ㎚일 수 있다. 보다 구체적으로, 카본블랙의 크기는 평균 15 ㎚ 내지 200 ㎚ 또는 25 ㎚ 내지 550 ㎚일 수 있다. 상기와 같은 카본블랙을 첨가함으로써, 발포시트의 내열성 및 성형성을 향상시켜 성형 시간을 단축시킬 수 있으며, 정전기 방지 효과를 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 발포시트를 제조하는 단계는 무기입자 및 카본블랙을 폴리에스테르 수지와 압출기에 투입하여 발포시트를 제조하거나, 폴리에스테르 수지를 중합하는 과정에서 무기입자 및 카본블랙을 우선 첨가하여 무기입자 및 카본블랙을 함유하는 폴리에스테르 수지를 제조하고, 제조된 폴리에스테르 수지를 압출기에 투입하여 발포시트를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 발포시트 제조하는 단계 이전에 폴리에스테르 수지 중합시에 무기입자 및 카본블랙을 첨가하여 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지는 펠렛(pellet), 그래뉼(granule), 비드(bead), 칩(chip) 등의 형태를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 분말(powder) 형태로 압출기에 도입될 수 있다.
상기와 같이 무기입자 및 카본블랙을 폴리에스테르 수지에 중합시에 첨가함으로써, 폴리에스테르 수지 내에 무기입자 및 카본블랙이 균일하게 분포하여 상기 수지를 압출 발포한 발포시트는 셀의 사이즈가 작으며 셀의 밀도가 높아 내구성이 우수할 수 있으며, 내열성 및 성형성이 향성될 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 압출기에 도입된 폴리에스테르 수지를 용융하여 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 무기입자를 포함하는 폴리에스테르 수지칩을 용융하여 용융물을 형성한 후 압출 발포할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 수지를 용융하는 과정은 260℃ 내지 300℃의 온도에서 수행될 수 있다.
하나의 예시에서, 발포시트를 제조하는 단계는 무기입자 및 카본블랙을 포함하는 폴리에스테르 수지를 발포시켜 발포시트를 제조하는 발포 공정을 포함할 수 있다. 상기 발포 공정은, 다양한 형태의 압출기를 이용하여 수행 가능하다. 발포 공정은, 크게 비드 발포 또는 압출 발포를 통해 수행할 수 있으며, 압출 발포가 바람직하다. 상기 압출 발포는, 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도 및 압축강도를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 발포시트의 셀 사이즈는 평균 10 ㎛ 내지 500㎛의 크기로 형성할 수 있다. 구체적으로 발포시트의 셀 사이즈는 사이즈는 평균 15 ㎛ 내지 450 ㎛, 20 ㎛ 내지 400 ㎛ 또는 50 ㎛ 내지 370㎛ 의 크기로 형성할 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트의 셀 사이즈는 평균 10 ㎛ 내지 400㎛, 80㎛ 내지 350㎛ 또는 100 ㎛ 내지 300㎛의 크기로 형성할 수 있다. 상기와 같은 셀사이즈는 무기입자가 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다. 이에 따라, 발포시트의 평균 셀 밀도가 높아지며 내충격성이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 발포시트의 제조방법으로 제조된 발포시트의 셀 밀도는 평균 800 cells/㎠ 내지 25000 cells/㎠ 일 수 있다. 구체적으로 상기 발포시트의 셀 밀도는 평균 800 cells/㎠ 내지 23000 cells/㎠, 820 cells/㎠ 내지 2000 cells/㎠ 또는 900 cells/㎠ 내지 1800 cells/㎠ 일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 발포시트의 셀 밀도는 평균 800 cells/㎠ 내지 1800 cells/㎠ 또는 1500 cells/㎠ 내지 23000 cells/㎠ 일 수 있다. 상기와 같은 평균 셀 밀도는 무기입자가 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다. 이에 따라, 발포시트의 평균 셀 밀도가 높아지며 내충격성이 우수할 수 있다.
예를 들어, 제조된 발포시트는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다:
[수학식 1]
|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 15%
상기 수학식 1에서,
V0은 200℃ 오븐에서 5분 동안 노출 전 발포시트의 체적(mm3)이고,
V1은 200℃ 오븐에서 5분 동안 노출 후 발포시트의 체적(mm3)이다.
구체적으로, 상기 발포시트의 샘플을 200℃ 오븐에 5분 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 발포시트를 포함하는 식품 용기의 열에 실제 사용 환경과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 발포시트의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 1에 따른 치수 0.01 내지 15%, 0.05 내지 10% 또는 0.1 내지 5% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 1의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 발포시트는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 식품 용기는 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발포시트는 평균 107 내지 1014의 비저항값을 가질 수 있다. 구체적으로, 발포시트는 평균 107 내지 1013, 5X107 내지 5X1012 또는 108 내지 1012의 비저항값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 발포시트는 평균 5X107 내지 1013 또는 109 내지 1012의 비저항값을 가질 수 있다. 상기 발포시트는 발포시트 내에 카본블랙을 포함함으로써 상기와 같은 비저항값을 가질 수 있으며, 이에 따라 정전기가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 발포시트를 제조하는 단계는 발포보드 또는 발포시트를 형성할 수 있으며, 구체적으로, 발포시트를 형성할 수 있다. 예를 들어, 발포시트를 1㎜ 내지 10㎜의 두께로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 발포시트를 1.5㎜ 내지 9.0㎜ 또는 2.0㎜ 내지 8.0㎜의 두께로 형성할 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트는 1.5㎜ 내지 5.0㎜ 또는 2㎜ 내지 7.0㎜의 두께로 형성할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포시트를 제조하는 단계는, 다양한 형태의 첨가제가 투입될 수 있다. 상기 첨가제는 필요에 따라, 유체 연결 라인 중에 투입되거나, 혹은 발포 공정 중에 투입될 수 있다. 첨가제의 예로는, 배리어(Barrier) 성능, 친수화 기능 또는 방수 기능을 가질 수 있으며, 증점제, 계면활성제, 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발포시트 제조방법은 증점제, 기핵제, 열안정제 및 발포제 중 1종 이상을 투입할 수 있으며, 앞서 열거된 기능성 첨가제들 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 발포시트를 제조하는 단계는 증점제, 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 유체 연결 라인 중에 투입할 수 있다. 발포시트 제조시 필요한 첨가제 중에서, 유체 연결 라인 중에 투입되지 않은 첨가제는, 압출 공정 중에 투입 가능하다.
상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)가 사용될 수 있다.
상기 열안정제는, 유기 또는 무기 인 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기 인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 열안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 수지 발포시트의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.
상기 발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제 또는 아조디카르본아마이드(azodicarbonamide)계 화합물, P,P'-옥시비스(벤젠술포닐하이드라지드)[P,P'-oxy bis (benzene sulfonyl hydrazide)]계 화합물, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라아민(N,N'-dinitroso pentamethylene tetramine)계 화합물 등의 화학적 발포제가 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 CO2가 사용될 수 있다.
또한, 방수제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 등의 혼합물을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
에스테르 반응조에 테레프탈산, 에틸렌글리콜 및 입자 크기가 평균 3 ㎛인 탈크(Talc)와 입자 크기가 평균 30 ㎚인 카본블랙(Carbon black)을 투입하고, 258℃ 에서 통상적인 중합반응을 수행하여 폴리에스테르 수지를 제조하였다. 이때, 탈크는 전체 중량에 대하여 0.3 중량%를 첨가하고, 카본블랙은 전체 중량에 대하여 0.1 중량%를 첨가하였다.
상기 폴리에스테르 수지 100중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드 0.5중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280도로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제 1압출기에 발포제로서 Butane을 PET 수지 100 중량부를 기준으로 3 중량부 투입하고 압출발포 하였으며, 2mm 두께의 폴리에스테르 수지 발포시트를 제조하였다.
실시예 2
입자 크기가 평균 30 ㎚인 카본블랙을 0.5 중량%으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 3
입자 크기가 평균 30 ㎚인 카본블랙을 1 중량%으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 4
입자 크기가 평균 100 ㎚인 카본블랙을 1 중량%으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 5
입자 크기가 평균 500 ㎚인 카본블랙을 1 중량%으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 6
입자 크기가 평균 1000-3000 ㎚인 카본블랙을 1 중량%으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 7
입자 크기가 평균 30 ㎚인 카본블랙을 2 중량%으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 8
입자 크기가 평균 30 ㎚인 카본블랙을 3 중량%으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 9
입자 크기가 평균 3 ㎛인 실리카(Silica)를 0.3 중량%으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 8과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
비교예 1
에스테르 반응조에 테레프탈산 및 에틸렌글리콜을 투입하고, 258℃ 에서 통상적인 중합반응을 수행하여 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
상기 폴리에스테르 수지 100중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드 0.5중량부, 평균입자 크기가 3 ㎛인 탈크 0.3 중량% 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280도로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제 1압출기에 발포제로서 Butane을 PET 수지 100 중량부를 기준으로 3 중량부 투입하고 압출발포 하였으며, 발포층을 2mm 두께로 형성하여 폴리에스테르 수지 발포시트를 제조하였다.
실험예 1
본 발명에 따른 발포시트의 물성을 확인하기 위하여, 실시예 1 내지 실시예 9 및 비교예 1에서 제조된 발포시트를 대상으로 발포시트의 비저항 측정 실험, 정전기 발생 실험, 발포시트 예열 실험, 성형성 실험 및 내열성 실험을 하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1)비저항 측정
발포시트 샘플을 25x25cm 크기로 준비하여 표면저항측정기(PRS-801, Prostat사)로 시트 표면에 센서를 접촉시켜 비저항값을 측정하였다.
2)정전기 발생 실험
온도 25℃, 상대습도 40% 조건에서 발포시트 샘플을 25x25cm 크기로 준비하여 정전기 측정기(Stat Clean Eye-02, VESSEL사)로 측정하였다.
3)예열 실험
성형기 Pre-Heater 내에 발포시트를 넣어두어 시트의 표면온도가 180℃가 되는 시점까지 걸리는 시간을 측정하였다.
4)성형성 측정
금형기의 굴곡부분의 성형성을 외관상으로 확인하여 평가하였다.
이때, ◎는 성형성이 우수, 는 성형성이 보통 는 성형성이 나쁨을 의미한다.
5)내열성 측정
성형제품을 각각 100℃ 및 200℃의 오븐에서 10분 동안 방치한 후 형태 변화의 유무로 내열성을 확인하였다.
구분 비교예 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9
Polymer - PET PET
기핵제 종류 - Talc Talc Silica
기핵제 함량 wt% 0.3 0.3
카본블랙 함량 wt% 0 0.1 0.5 1 1 1 1 2 3 3
입자 크기 ㎚ - 30 30 30 100 500 1000-3000 30 30 30
시트 비저항값 Ω·㎝ 1015 1012 1012 1012 1012 1012 1012 1010 108 108
정전기 발생유무 - X X X X X X X X X
시트예열 시간 sec 20 10 10 10 10 10 10 8 6 6
성형성 - ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
내열성 ℃ 100 200 200 200 200 200 200 200 200 200
상기 표 1에 나타낸 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 9의 발포시트는 평균 108 내지 1012의 비저항값을 가지는 반면, 비교예 1의 발포시트는 1015의 상대적으로 높은 비저항값을 가지는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 정전기 발생 유무 실험에 대해서도 비교예는 정전기가 발생하는 반면, 실시예 1 내지 실시예 9의 발포시트는 정전기가 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 이를 통해 실시예 1 내지 9의 발포시트는 카본블랙을 첨가함으로써 상대적으로 낮은 비저항값을 가져 정전기 발생을 방지하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 표 1을 살펴보면 실시예 1 내지 9의 발포시트는 성형기 pre-heater 내에 넣어두었을 때 발포시트의 표면온도가 180℃에 도달하는 시간이 10초 이내, 구체적으로 6 내지 10초가 걸리는 반면, 비교예의 발포시트는 20초가 지나야 표면온도가 180℃에 도달하여 비교예의 발포시트는 열전도율이 낮은 것을 알 수 있다. 더불어, 실시예 1 내지 9의 발포시트는 금형기에서 굴곡부분의 성형성을 외관상으로 확인 평가한 결과 굴곡부분의 깨짐이나 찌그러짐이 발견되지 않아 성형성이 보통 또는 우수한 것으로 나타나며, 비교예의 발포시트는 굴곡부분의 깨짐이나 찌그러짐이 발견되어 성형성이 나쁜 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 9의 발포시트는 100℃의 오븐에서 10분 동안 방치한 결과 형태 변화가 없었으며, 200℃의 오븐에서 10분 동안 방치한 경우에도 약간의 형태변화를 나타내었으나, 비교예의 발포시트는 100℃의 오븐에서 10분 동안 방치한 경우에도 형태변화가 나타나, 본 발명에 따른 발포시트가 내열성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 발포시트는 카본블랙을 포함함으로써, 비저항 값이 낮아 정전기 발생을 방지하며, 열전도율이 높아 발포시트의 표면온도가 빠르게 상승하여 성형성 우수하고 성형시간이 단축되며, 내열성도 향상시켜 높은 온도에서 성형하는 경우에도 변형되지 않는 장점이 있는 것을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트로서,
    무기입자의 함량은 평균 0.05 중량% 내지 1 중량%이고,
    카본블랙의 함량은 평균 0.05 중량% 내지 5 중량%이며,
    카본블랙의 크기는 평균 10 ㎚ 내지 5000 ㎚이고,
    발포시트의 셀 사이즈는 평균 10 ㎛ 내지 500 ㎛이며,
    발포시트의 비저항값은 평균 107 내지 1014 Ω·㎝인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기입자는 산화티탄(TiO2), 활석(Talc), 실리카(Silica) 및 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    무기입자의 크기는 평균 0.05 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    발포시트는 하기 수학식 1을 만족하는 발포시트:
    [수학식 1]
    |V1-V0| / V0 x 100 ≤ 15%
    상기 수학식 1에서,
    V0은 200℃ 오븐에서 5분 동안 노출 전 발포시트의 체적(mm3)이고,
    V1은 200℃ 오븐에서 5분 동안 노출 후 발포시트의 체적(mm3)이다.
  6. 무기입자, 카본블랙(Carbon black) 및 폴리에스테르 수지를 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고,
    발포시트를 제조하는 단계에서, 평균 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 셀을 형성하며,
    무기입자의 첨가량은 평균 0.05 중량% 내지 1 중량%이고,
    카본블랙의 첨가량은 평균 0.05 중량% 내지 5 중량%이며,
    카본블랙의 크기는 평균 10 ㎚ 내지 5000 ㎚인 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 발포시트의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발포시트를 제조하는 단계 이전에 폴리에스테르 수지 중합시에 무기입자 및 카본블랙(Carbon black)을 첨가하여 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 무기입자는 산화티탄(TiO2), 활석(Talc), 실리카(Silica) 및 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    무기입자의 크기는 평균 0.05 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    발포시트를 제조하는 단계에서 폴리에스테르 수지는 칩(chip) 형태인 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    발포시트를 제조하는 단계는 평균 1 ㎜ 내지 10 ㎜의 두께로 발포시트를 형성하는 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법.

KR1020170126966A 2017-09-29 2017-09-29 무기입자 및 카본블랙을 포함하는 발포시트 및 이의 제조방법 KR101976434B1 (ko)

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