KR102099774B1 - 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명은, 용융점이 105 ℃ 이상인 저밀도 폴리에틸렌 수지 30 중량부 내지 50 중량부와, 용융점이 80 ℃ 내지 95 ℃를 이루는 에틸렌비닐아세테이트 수지 10 중량부 내지 30 중량부와, 트랜스-폴리옥테네이머 수지 20 중량부 내지 40 중량부를 칭량하는 제 1 단계와; 상기 저밀도 폴리에틸렌 수지와 상기 에틸렌비닐아세테이트 수지와 상기 트랜스-폴리옥테네이머 수지를 상온에서 1차적으로 슈퍼믹서를 통하여 물리적으로 드라이 블렌딩(Dry-Blending) 하는 제 2 단계와; 상기 드라이 블렌딩되어 나온 혼합물을 140 ℃ ~ 180 ℃ 온도 조건하에서 3중 압출하는 제 3 단계와; 3중 압출되어 나온압출물을 커팅하여 마무리하는 제 4 단계; 를 통하여 제조될 수 있다.

Description

고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물 및 그 제조방법{Functional material composition of film for rubber product packaging and method of producing the same}

본 발명은 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고무제품의 후가공에 부정적인 영향이 없고, 고무제품의 포장 성능이 우수하며, 고무제품과 함께 사용되어 가공할 경우에도 고무제품의 성능에 부정적인 영향이 없는 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

타이어 및 산업용 고무 완제품에는 고형고무가 주 원료로 사용된다. 고형고무는 천연고무와 합성고무로 나뉘어 생산된다. 고형고무 원료는 다른 화학제품과 함께 최종 제품에 따라 믹서기에서 맞춤조건으로 배합되어 성형된다. 고형고무 원료는 각 사용처에 요구되는 특성에 맞추어 조성비 및 가공하는 조건(온도, 시간, 필팩터 등)이 다양하다. 고무 배합공정에서 믹서기 내부 최고 온도범위는 배합조건에 따라 일반적으로 80℃ ~ 180℃ 사이에서 진행된다.

고형고무 제품은 덩어리 형태로 소단위 포장되어 보관되고, 운송된 후, 구체적인 용도에 맞추어 가공공정으로 들어간다. 덩어리 형태의 고무제품 포장은 일반적으로 20~35 KG 정도의 중량으로 포장되는데, 이것을 통상 덩어리(bale)로 지칭한다. 이러한 고무제품의 덩어리는 블록 형태로 소단위 포장되며, 블록 형태의 bale을 쌓아서 Pallet위에 적재하여 보관 및 운송된다.

첨부된 도 1은 고형고무 베일의 필름포장 직전과 여러시간이 경과된 이후 상태를 제시한 사진자료이다.

고형고무 베일의 포장에는 얇은 박막의 필름이 사용되고 있다.

오늘날 가장 일반적으로 사용되고 있는 필름은 LDPE(Low Density Polyethylene)를 주원료로 한 필름이다. LDPE를 주 원료로 하는 기존 고무 필름은 고무 제품들의 상온 흐름정도(Cold Flow)와 형상안정성에 따라 0.03 mm ~ 0.06 mm 정도 두께로 적용된다. 그런데, 기존 LDPE 고무필름은 시간이 경과됨에 따라 고무성분과 밀착되어 점-접착된다.(도 1 참조). 이에 따라 다수의 사용업체들은 필름 포장을 벗기지 않고, 고무원료를 필름포장과 함께 믹서기에 바로 투입하여 사용하기도 한다.

고형고무 필름 포장이 벗겨지지 않은 상태로 배합에 투입될 경우, LDPE 원료는 그 용융점이 일반적으로 115℃ 이상인 관계로, 고무제품의 배합공정에서 녹지 않은 필름이 최종 제품에 잔류하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우 고객으로부터 품질불만 및 제품 불량으로 인한 보상요청까지 발생할 수 있는 중요한 이슈이다.

또한, LDPE 포장 필름이 용융되더라도, 일반적으로 LDPE 원료는 그 자체로서 안정된 화학구조를 가지고 있는 것이어서, 고무제품의 가교 반응에 참여하지 못하게 되고, 이로 인하여 최종 제품의 성능을 하락시키는 원인을 제공하고 있다.

한편, 이러한 부작용을 방지하기 위하여, 작업자들이 추가적으로 LDPE 포장 필름을 별도로 벗겨서 사용할 경우에는, 고무제품의 가공공정에서는 별 탈이 없이 진행될 수 있지만, 별도의 포장필름의 박피 공정을 수행하여야 하고, 별도의 폐기물이 발생되어지며, 고무 제품의 Loss로 간주되기도 한다. 특히, 고무제품의 배합공정이 110℃ 이하에서 진행되는 경우에는 원료를 바로 투입하기에 어려움이 있다. 다시 말해서, LDPE 포장필름을 벗겨서 작업할 경우에는 공장에서 많은 시간과 인력을 투자하여 고무에 점착된 필름을 제거한 이후 원료를 투입하여 사용하기 때문에, 이 방식은 매우 비효율적이라고 할 수 있다.

한편, 고무제품의 포장용 필름 소재로서 EVA를 주 원료로 하는 방식이 있다. 이 방식은 EVA 필름제품의 경우, 일반적으로 80℃ ~ 95℃의 용융온도를 갖고 있어서, 일부 제품의 경우 LDPE가 갖고 있는 높은 용융온도 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 기계적 물성과 슬립 성능이 떨어져, 고무원료의 이동과정이나 기타 취급과정에서 제품찢김 현상이 쉽게 발생하기 때문에, 고형고무의 덩어리(bale) 포장 재질로는 적합하지 않다.

결과적으로, EVA 필름 포장재료는 낮은 용융온도를 가지고 있으므로 종래의 LDPE 포장재질의 단점을 개선한 측면이 있지만, 포장 필름 재료로서 갖추어야 할 기계적인 물성과 슬립 성능이 좋지 않아서, 여전히 포장재질로서 부적합한 측면이 있는 것이다.

고형고무 포장에 적용되는 필름의 경우, 기본적으로 다음과 같은 특성이 요구된다. 첫째, 고무 제품의 배합공정에서 열융착 가공성이 우수해야 한다. 이는 포장재료의 원재료가 용융온도를 낮은 수준에서 충족시켜야 함을 의미한다. 둘째, 고무 제품의 포장필름 재료는 상온에서 기계적물성이 우수해야 한다. 셋째, 고무 제품의 포장필름 재료는 필름 표면의 슬립성능이 좋고, 이형성능이 우수해야 한다.

그렇지만, 아직까지 위에 언급한 조건들을 모두 충족시키는 고무제품의 필름 포장용 제품은 출현하지 않은 것으로 보인다.

고무제품의 필름 포장용 제품은 아니지만, 이와 유사한 것으로 여겨지는 선행기술을 살펴보면, 다음과 같다.

대한민국 공개특허 제2001-41455호 (공개일: 2001. 5. 25.); 대한민국 특허등록 제10-1749853호 (등록공고일: 2017. 6. 15.)

본 발명은, 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고무제품의 포장 성능이 우수하며, 고무원료와 함께 사용되어 가공할 경우에도 최종적인 고무제품의 성능에 부정적인 영향이 없는 고무원료 포장용 필름의 기능성 소재 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물은, 저밀도 폴리에틸렌 수지 30 중량부 내지 50 중량부와, 에틸렌비닐아세테이트 수지 10 중량부 내지 30 중량부와, 트랜스-폴리옥테네이머 수지 20 중량부 내지 40 중량부로 이루어진 3성분계 수지의 공압출물로 구성되어 있고,

상기 3성분계 수지의 공압출물의 용융점은 70℃ 내지 85℃ 의 범위에 있다. 이러한 용융점은 종래의 LDPE의 용융점(115 ℃ 이상) 에 비하여 낮은 온도범위에 속하고, 종래의 EVA의 용융점 (80℃ ~ 95℃)에 비하여 낮은 범위에 속한다.

또한, 상기 3성분계 수지의 공압출물의 인장강도는 80 ~ 100 kgf/㎠ 범위에 있다. 이는 종래의 LDPE 포장재(100 ~ 120 kgf/㎠)에 비하여 유사한 성능을 가지고 있고, 종래의 EVA 포장재(70 ~ 180 kgf/㎠)에 비하여 그 편차가 크지 않고 적절한 수준임을 알 수 있다.

또한, 상기 3성분계 수지의 공압출물의 연신율은 500 ~ 700 % 범위에 있다. 이는 종래의 LDPE 포장재의 연신율(약 600%)과 유사한 범위에 있으며, 종래의 EVA 포장재에 비하여 낮은 범위에 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물은, 용융점이 105 ℃ 이상인 저밀도 폴리에틸렌 수지 30 중량부 내지 50 중량부와, 용융점이 80 ℃ 내지 95 ℃를 이루는 에틸렌비닐아세테이트 수지 10 중량부 내지 30 중량부와, 트랜스-폴리옥테네이머 수지 20 중량부 내지 40 중량부를 칭량하는 제 1 단계와; 상기 저밀도 폴리에틸렌 수지와 상기 에틸렌비닐아세테이트 수지와 상기 트랜스-폴리옥테네이머 수지를 상온에서 1차적으로 슈퍼믹서를 통하여 물리적으로 드라이 블렌딩(Dry-Blending) 하는 제 2 단계와; 상기 드라이 블렌딩되어 나온 혼합물을 140 ℃ ~ 180 ℃ 온도 조건하에서 3중 압출하는 제 3 단계와; 3중 압출되어 나온압출물을 커팅하여 마무리하는 제 4 단계; 를 통하여 제조되어진다.

본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 조성물은, 고무 원료의 베일에 포장용으로 사용되기 위하여, 통상적인 블로우 압출과정을 거쳐서 박막 필제품으로 완성되어진다. 블로우 압출과정은 대략 120 ℃ ~ 160 ℃ 온도 조건으로 블로우 압출 성형기에 투입되어 가공되어진다.

본 발명은 용융점이 비교적 낮은 상태이므로, 고무제품의 가공과정에서 자연스럽게 고무성분들에 녹아들어가게 되고, 고무성분들 사이의 반응을 저해하지 않게 된다.

또한, 본 발명은 고무성분들 사이의 가교반응시에 있어서도, 종래의 LDPE 필름 포장재와는 달리, 불포화 이중결합을 가지고 있는 것이어서, 고무제품들 사이의 가교결합에 참여할 수 있고, 최종제품의 성능에 부정적인 영향을 미치지 않는 장점이 있다.

결과적으로, 본 발명은, 고무제품의 필름 포장재로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 그 필름 포장재질을 뜯어내지 않고, 고무제품과 함께 가공시켰을 경우에도, 최종적인 고무가공제품에 대해 부정적인 영향을 미치지 않는 것인 바, 최적의 고무원료 제품의 포장재로 사용될 수 있는 것이다.

도 1은 고형고무 베일의 필름포장 직전과 여러 시간이 경과된 이후 상태를 제시한 사진자료이다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적이고 상세하게 설명한다. 본 발명에서 제공되는 구체적인 수치 또는 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 양태로서, 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 명백하다. 또한, 본 발명의 명세서에 있어서, 이 기술분야에서 공지된 것으로서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 창작될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물은, 저밀도 폴리에틸렌 수지 30 중량부 내지 50 중량부와, 에틸렌비닐아세테이트 수지 10 중량부 내지 30 중량부와, 트랜스-폴리옥테네이머 수지 20 중량부 내지 40 중량부를 칭량하여 사용한다.

본 발명은 저밀도 폴리에틸렌 수지를 30 중량부 내지 50 중량부 사용한다. 상기 저밀도 폴리에틸렌 수지는 그의 용융점이 105 ℃ 이상을 이루고 있다.

폴리에틸렌 수지는 에틸렌 단량체를 중합시켜 얻는 것으로, 밀도와 공중합, 분지 종류에 따라 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 나누어진다.

상기 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene; LLDPE) 은 중합 촉매를 사용하여 저압에서 에틸렌과 알파 올레핀을 공중합하여 제조하고 있다. LLDPE는 분자량 분포가 좁고 일정한 길이의 단쇄 분지를 가지며, 장쇄 분지가 없는 수지이다. 상기 LLDPE 필름은 일반 폴리에틸렌의 특성과 더불어 파단강도와 신율이 높고, 인열강도, 낙추충격강도 등이 우수하여 기존의 저밀도 폴리에틸렌이나 고밀도 폴리에틸렌의 적용이 어려운 스트레치 필름, 오버랩 필름 등에의 사용이 증가하고 있다. 그러나, LLDPE는 우수한 기계적 물성에 비하여 블로우 압출공정에서 필름의 가공성이 좋지 않으므로, 본 발명에 적용하기 어려운 측면이 있다. 블로우 압출공정에서 파단되는 성향을 보이게 되는데, 이는 선형구조에 기인한 것으로 여겨진다.

상기 고밀도 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌에 비해 중합압력(1000 내지 3000기압)이 현저하게 낮은 중저압(30 내지 50기압) 중합공정에서 지글러-나타계 촉매를 사용하여 제조되어지는 폴리에틸렌을 지칭한다. 고밀도 폴리에틸렌 필름은 높은 강성, 인장강도, 내한성, 내약품성 등이 뛰어나지만, 밀도가 높아서 인열강도가 약하므로, 고무제품의 포장용으로 적합하지 못하다.

상기 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE)은 상기 LLDPE에 비하여 용융 강도가 높다. 그 이유는 LDPE의 경우 LLDPE에 비하여 곁가지 사슬이 서로 얽혀 있으므로 성형성과, 가공성이 양호한 것이다.

상기 저밀도 폴리에틸렌을 30 중량부 이하로 사용하였을 경우에는 인장강도가 부족하고 연신율이 커지기 때문에 필름의 블로우 공정에서 작업성이 어려운 ㅊ측면이 있는 반면에, 50 중량부 이상으로 사용하였을 경우에는 실제 고무 배합에서 사용할 때 용융성능이 부족한 측면이 있으므로, 바람직스럽지 못하다.

본 발명은 용융점이 80 ℃ 내지 95 ℃를 이루는 에틸렌 비닐아세테이트 수지 10 중량부 내지 30 중량부를 사용한다. 상기 에틸렌 비닐아세테이트 수지는 그의 용융점이 80 ℃ 내지 95 ℃를 이루고 있다.

상기 에틸렌 비닐아세테이트는 에틸렌과 비닐아세테이트의 공중합체로서 비닐아세테이트의 함량에 따라 경질소재에서부터 핫멜트 접착제와 같은 연질소재에 이르기까지 그 사용범위가 매우 넓으며, 폴리에틸렌에 비해 결정성이 낮고 저온특성과 내충격성이 우수한 특징이 있다. 상기 에틸렌 비닐아세테이트는 열가소성 고분자이면서도, 고무적인 성격을 가지고 있으며 전기절연성과 내전압성이 우수하고, 투명하고 접착성이 있으며, 베리어 특성이 양호한 특성을 가지고 있다.

상기 에틸렌 비닐아세테이트를 10 중량부 이하로 사용할 경우, 용융점에 연속성이 없기 때문에 저밀도 폴리에틸렌의 용융성능이 저하되는 반면에, 30 중량부 이상으로 사용하였을 경우, 연신율이 높아지고 초산향기가 발생하며 슬립성능ㅇ이 제한되는 특성이 있으므로, 바람직스럽지 못하다.

본 발명은 트랜스-폴리옥테네이머 수지 20 중량부 내지 40 중량부를 칭량하여 사용한다.

상기 트랜스-폴리옥테네이머 수지는 에보닉사 베스테나머 제품으로서 합성방식은 공개되어 있지 않다. 트랜스-폴리옥테네이머 수지는 용융점이 낮은 55도로 낮게 형성되어 있기 때문에 80도 정도에서도 용융이 잘 일어나며, 다른 고무배합에 사용 성능을 향상시키는 역할을 하면서 상온에서는 결정성을 갖기 때문에 수지와 같은 형상과 기계적 물성 성능이 우수한 특징을 가지고 있다.

상기 트랜스-폴리옥테네이머 수지를 20 중량부 이하로 사용할 경우, 수지에 용융성과 슬립성능이 떨어지는 반면에, 40 중량부 이상으로 사용할 경우, 성능에 더 좋은 방향으로 가지만 원료 단가가 너무 높아지는 특성이 있으므로 바람직스럽지 못하다.

본 발명은 상기 수지들을 각각 칭량한 후, 상온에서 슈퍼믹서에 투입하고, 물리적으로 드라이 블렌딩(Dry-Blending) 작업을 실시한다. 드라이 블렌딩(Dry-Blending) 방법은 당 업계에 잘 알려진 방법에 의할 수 있으며, 특히 한정되는 것은 아니다. 드라이 블렌딩 방법은 상기 3개의 수지들을 직접 투입하여 블렌딩 하거나 마스터 배치(master batch) 형태로 제조하여 이를 블렌딩할 수 있다.

본 발명은 드라이 블렌딩한 이후, 드라이 블렌딩되어 나온 혼합물을 140 ℃ ~ 180 ℃ 온도 조건하에서 3중 압출하여 최종 조성물을 얻는다. 3중 압출 방식은 통상의 방법으로 진행될 수 있다. 압출 작업은 트윈 스크류 압출기를 이용하는 것이 바람직하다. 압출기를 나온 압출물은 스트랜드 커팅되거나 언더워터 커팅될 수 있다.

본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물에 관한 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의한 상기 기능성 소재 조성물의 제조방법은, 저밀도 폴리에틸렌 수지와 에틸렌비닐아세테이트 수지와 트랜스-폴리옥테네이머 수지를 각각 칭량하여 준비하는 제 1 단계를 포함하고 있다. 제 1 단계에 있어서, 상기 저밀도 폴리에틸렌 수지는 그의 용융점이 105 ℃ 이상인 것을 사용하고, 전체 중량에 대해 30 중량부 내지 50 중량부를 사용한다. 상기 에틸렌비닐아세테이트 수지는 그의 용융점이 80 ℃ 내지 95 ℃를 이루는 것으로서 10 중량부 내지 30 중량부를 사용한다. 한편, 상기 트랜스-폴리옥테네이머 수지는 전체 중량에 대하여 20 중량부 내지 40 중량부를 칭량하여 사용한다.

본 발명에 의한 상기 기능성 소재 조성물의 제조방법은, 상기 저밀도 폴리에틸렌 수지와 상기 에틸렌비닐아세테이트 수지와 상기 트랜스-폴리옥테네이머 수지를 상온에서 1차적으로 슈퍼믹서를 통하여 물리적으로 드라이 블렌딩(Dry-Blending) 하는 제 2 단계를 포함하고 있다. 1차적으로 드라이 블렌딩을 미리 실시하는 이유는, 다음 단계에서 압출공정을 진행할 경우, 좀더 균일하게 혼련되어짐으로써, 최종제품의 기계적인 물성을 더욱 향상시켜주기 위함이다.

본 발명에 의한 상기 기능성 소재 조성물의 제조방법은, 상기 드라이 블렌딩되어 나온 혼합물을 140 ℃ ~ 180 ℃ 온도 조건하에서 3중 압출하는 제 3 단계를 포함하고 있다. 상기 제 3 단계는 상기 3가지 수지들을 이루고 있는 각각의 분자 구조들이 서로 물리적으로 블렌딩됨으로써 전체적인 조성물의 용융점과 각각의 물리적 성질들을 균일하게 조정해주고 특정해주는 기능을 담당하고 있다.

본 발명에 의한 상기 기능성 소재 조성물의 제조방법은, 3중 압출되어 나온압출물을 커팅하여 마무리하는 제 4 단계를 포함하고 있다. 상기 제 4 단계는 통상의 방식으로 진행될 수 있다.

본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물은, 그의 용융점이 70℃ 내지 85℃ 의 범위에 있다. 이러한 용융점은 종래의 LDPE의 용융점(115 ℃ 이상) 에 비하여 낮은 용융점을 가지고 있으며, 종래의 EVA의 용융점 (80℃ ~ 95℃)에 비하여 유사한 용융점 분포를 형성한다.

또한, 본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 조성물은, 기계적 강도를 나타내는 인장강도의 경우 80 ~ 100 kgf/㎠ 범위에 있다. 이는 종래의 LDPE 포장재(100 ~ 120 kgf/㎠)에 비하여 유사한 성능을 가지고 있고, 종래의 EVA 포장재(70 ~ 180 kgf/㎠)에 비하여 그 편차가 크지 않고 적절한 수준임을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 조성물은, 또다른 기계적 강도를 나타내는 연신율의 경우 500 ~ 700 % 정도의 범위에 있다. 이는 종래의 LDPE 포장재의 연신율(약 600%)과 유사한 범위에 있으며, 종래의 EVA 포장재에 비하여 낮은 범위에 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 조성물은, 고무 원료의 베일에 포장용으로 사용되기 위하여, 통상적인 블로우 압출과정을 거쳐서 박막 필제품으로 완성되어진다. 블로우 압출과정은 대략 120 ℃ ~ 160 ℃ 온도 조건으로 블로우 압출 성형기에 투입되어 가공되어진다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 설명하기로 한다.

<< 제조 실시예 1 >>

LDPE 제품(주식회사 한화) 을 50 킬로그램 칭량하고, EVA-2 (주식회사 한화) 제품을 10 킬로그램 칭량하고, 트랜스-폴리옥테네이머 수지 (Evonik사, Vestenamer) 40 킬로그램을 칭량하여 사용하였으며, 25℃ 상온에서 슈퍼믹서를 이용하여 드라이 블렌딩한 다음, 트윈 스크류 압출기를 통하여 150 ℃ 온도 조건하에서 압출하여 공압출 제품을 생산하였다.

상기 제조 실시예 1에 의하여 얻은 제품을 LDR-VEL 수지원료로 표기하였다.

<< 제조 실시예 2 >>

LDPE 제품(주식회사 한화)을 40 킬로그램 칭량하고, EVA-2(주식회사 한화) 제품을 20 킬로그램 칭량하고, 트랜스-폴리옥테네이머 수지 (Evonik사, Vestenamer) 40 킬로그램을 칭량하여 사용하였으며, 나머지 과정은 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.

상기 제조실시예 2에 의하여 얻은 제품을 VEL-2 수지원료로 표기하였다. VEL-2 의 경우 실시예1)에서의 LDR-VEL 제품에 EVA-2의 투입량을 증량하고, 3가지 종류의 수지를 컴파운딩 압출하였다.

1). 고무원료 포장재료 적합성 여부 확인 실험

이 실험의 목적은, 본 발명에 의한 기능성 조성물이 종래의 고무원료의 포장재로 사용되었던 제품들과 대비하여, 고무원료의 포장재로서의 특성을 가지고 있는지의 여부를 확인하기 위한 것이다.

이 실험의 항목은, 고무원료의 포장재로서 필요한 용융온도와, 인장강도 및 연신율을 기준으로 하기로 하였다. 이는 본 발명에 의한 기능성 조성물과 종래의 포장재료의 특성을 살펴보기로 하되, 고무원료 제품의 베일 포장에 적합한 물리적 성질을 확인하기 위한 것이며, 각 제품의 용융온도와 인장강도 및 연신율에 관한 사항으로 구체화된 것이다.

이 실험의 대상은 상기 실시예 1, 상기 실시예 2, 그리고 종래의 LDPE 포장재(이를 단순히 'LDPE'로 표기함), 종래의 고강도 EVA 제품(이하, 'EVA-1'으로 표기함), 종래의 저강도 제품('EVA-2'로 표기함)을 대상으로 하였다.

이 실험의 방식은 필름용 수지 원료들의 기본적인 성능을 비교 확인하기 위해, ASTM 기준의 시편을 제작하여 140 ℃ ~ 180 ℃ 온도조건에서 사출성형 과정을 통해 각 원료별로 시편을 제작하였다.

이 실험은 각 제품들의 용융 온도를 측정하기 위하여 DSC (Differential Scanning Calorimetry) 분석장비를 사용하였고, ASTM D2117 시험방법으로 분석하였다. 또한, 각 실험에 사용된 제품들의 인장강도와 연신율을 측정하기 위하여 UTM (Universal Testing Machine) 분석장비를 활용하였고, ASTM D638 시험방법으로 그 물성을 측정하였다.

상기 실험에 의하여 측정된 결과는 아래의 표과 같았다.

	실시예 1	실시예 2	종래(LDPE)	종래(EVA-1)	종래(EVA-2)
용융온도[℃]	80	75	105	98	85
인장강도[kgf/㎠]	90	87	110	180	70
연신율 [%]	594	590	650	760	800

상기 실험에 의한 측정결과를 근거로 하여, 이를 분석한 결과를 살펴보면,

위의 물성측정 결과표에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1과 상기 실시예 2에 의한 제품은 용융온도가 각각 80 ℃와 75 ℃ 로서 가장 낮은 용융온도를 가지고 있어서, 저온에서 고무원료를 가공할 경우에도, 그 포장재의 수지성분들이 충분히 고무원료의 수지성분들과 균일하게 용융되어질 수 있음을 알 수 있다. 이러한 특성은 종래의 LDPE 제품과 EVA 제품들의 용융온도가 각각 105 ℃, 98 ℃, 85 ℃를 이루고 있어서, 저온 가공과정에서 균일한 혼련상태를 유지할 수 없는 점과 크게 대비되고 있음을 알 수 있다.

결론적으로, 본 발명에 의한 조성물은, 고무원료의 제품을 저온에서 가공하고자 할 경우에, 종래의 포장재 제품들에 비하여 월등하게 우수한 혼련 적합성을 나타내고, 인장강도 및 연신율에 있어서도, 종래의 포장재 제품들과 대비할 때, 전혀 문제가 되지 않음을 의미하는 것이다.

2). 최종 고무제품에 대한 영향력 확인 실험

위의 실험을 통하여, 본 발명에 의한 기능성 포장재 조성물은 고무원료의 포장재 제품으로 사용하는데 가장 적합한 물성을 가지고 있음을 객관적인 데이터로서 확인할 수 있었다.

이 실험의 목적은, 본 발명에 의한 기능성 포장재 조성물은 그 용도가 단순히 고무원료의 포장재 제품용으로서만 아니라, 최종제품에 대한 영향력이 부정적인 것으로 나타나는 것인지, 긍정적인 것으로 나타나는지의 여부를 확인하기 위한 것이다. 최종 제품으로서는 고무원료를 이용하여 가장 많은 수요처가 되고 있는 타이어 트레드 고무조성물을 선정하여, 실험을 진행하였다.

이 실험의 대상은 3개의 제품으로서, 고무원료 제품의 베일에서 포장재를 완전히 제거하고 순수한 고무원료만을 사용하여 만든 타이어 트레드 제품(이를 단순히 'REF'로 표기함)과, 고무원료 제품의 베일에 LDPE 포장재를 사용하였고 그 포장재를 제거하지 않은 상태에서 만든 타이어 트레드 제품('REF+LDPE'로 표기함)과, 그리고 본 발명에 의한 상기 실시예 2의 기능성 포장재 조성물을 포장재로 사용하였고 그 포장재를 제거하지 않은 상태에서 만든 타이어 트레드 제품('REF+VEL'로 표기함)을 대상으로 하였다.

이 실험의 방식은, 먼저, 고무원료 제품의 포장재 필름을 만들고, 그 포장재 필름을 이용하되, 최종 고무제품을 그 포장재 필름을 제거하거나, 그 최종 고무제품을 그 포장재 필름을 그대로 포함하여 만들었다. 포장재 필름은 통상의 방식으로 진행하였다. 이를 더욱 구체적으로 설명하면, 가공온도 140도~160℃와 160~200℃ 온도조건으로 블로우 압출성형 공정을 통하여 시험용 필름을 두께 0.055 mm로 생산하였고, 이것을 통상의 고무원료 제품에 사용하였다.

아래의 표는 고무원료 제품의 주요성분을 분석하여 나타낸 것으로, S-SBR SLR 3402 를 기준으로 할 때 각 성분들의 구성비율을 나타내고 있다. 이 경우, 'REF'는 포장재 필름을 모두 제거한 것인 반면에, 'REF+LDPE'는 종래의 LDPE 포장재 필름을 100 : 2의 중량비로 사용한 것이고, 'REF+VEL'는 본 발명의 포장재 필름을 100 : 2의 중량비로 사용한 것을 의미한다.

상기 표에서,

1) S-SBR SLR 3402: 스티렌 함량이 15 중량%이고 부타디엔 내 비닐 함량이 30%인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무, 유리전이온도는 -60℃;

2) 7000GR 실리카: EVONIK사의 Ultrasil 7000GR 175 BET(m2/g);

3) TDAE 아로마틱 오일: Treated Distilated Aromatic Extraction Oil;

4) VEL: CNLD사 개발품을 원료로한 기능성 필름;

5) LDPE: 한화 저밀도 폴리에틸렌 LDPE 5321을 원료로한 필름;

6) X-50S 실란: EVONIK 사의 Si-69 Bis(triethoxysilylpropyl) tetrasulfide + Carbon Black 마스터배치;

7) ZnO : Zinc Oxide; 그리고

8) S/A : Stearic Acid 이다.

상기 표에 의한 각각의 고무조성물를 타이어 트레드에 사용하였을 경우, 그 최종 물성을 측정하기 위하여, 각각의 고무 시편을 제작하였다.

각각의 시편들에 대하여, 인장시험(Tensile), 동적점탄성(DMA; Dynamic Mechanical Anaylsis), 마모(Din Abrasion, FPS Abrasion) 물성 등을 ASTM 관련 규정에 의해 측정하였고, 그 결과를 아래의 표에 나타내었다.

1) 인장시험(Tensile)에 결정되는 값으로써, HD's(Hardness)는 고무의 경도를 나타내며, M300%(Modulus 300%)는 고무 시편이 300% 늘어날 때 연신에 걸리는 힘[Kg/㎠]을 나타내며, E.B(Elongation Break)는 고무 시편이 피단될 때 연신되는 비율[%]을 나타내며, T.S(Tensile Strength)는 E.B에 의해 고무 시편이 피단될 때 힘[Kg/㎠]을 나타낸다. 값이 높을수록 고무 시편의 결합력이 우수함을 나타낸다.

2) Tg는 고분자 물질이 온도에 의해 고분자 가지들이 활성을 가지며 움직이기 시작하는 온도[℃]를 의미한다.

3) Tanδ@ 0℃와 Tanδ@ 60℃는 DMA(Dynamic Mechanical Analysis) 시험기에 의해서 측정되며 11Hz로 측정한 결과이다. Tanδ@ 0℃는 노면 제동성능의 인덱스로 사용되며, 수치가 높을수록 젖은 노면 제동성능이 우수함을 의미한다.

4) Tanδ@ 60℃는 DMA(Dynamic Mechanical Analysis)시험기에 의해서 측정되며 11Hz로 측정한 결과이다. 회전저항성능의 인덱스로 사용되며, 수치가 낮을수록회전저항성능이 우수함을 의미한다.

5) DIN 마모 시험은 타이어 마모 예측을 위해 평가하는 항목으로, 하중의 영향을 많이 받는 마모 시험법이며, 측정값은 마모량을 나타낸다. 값이 작을수록 마모성능이 우수함을 의미한다.

결론적으로, 상기 표를 근거로 하여 살펴볼 때, 각각의 포장재 제품에 대한 최종제품의 물성을 아래와 같이 정리할 수 있다.

즉, 포장재 필름을 완전히 제거한 타이어 트레드 제품과, 종래의 LDPE 포장재 필름을 그대로 사용한 타이어 트레드 제품과, 본 발명의 포장재 필름을 그대로 사용한 타이어 트레드 제품에 있어서,

그 경도가 3개의 제품들에서 거의 동일한 수준이고,

연신력(300%)의 경우, 본 발명이 가장 양호한 특성을 나타내고, 인장강도 및 파단강도(E.B)에 있어서도 본 발명이 가장 양호한 값을 보여주고 있으며,

타이어 트레드의 노면 제동성능이 본 제품을 적용한 경우 가장 양호한 특성을 나타내고, 타이어 트레드의 회전저항 인덱스의 경우에는 포장재 필름을 완전히 제거한 제품과 동일하고 LDPE 필름을 사용한 제품에 비하여 훨씬 양호하며,

타이어 트레드 제품의 내마모성은 종래의 LDPE 포장재를 사용하였을 경우에 비하여 훨씬 양호한 특성을 보여주고 있다고 여겨진다.

이와같은 제반 실험 결과를 토대로 할 때, 본 발명에 의한 기능성 포장재 조성물은 고무원료 제품의 베일을 포장하는 포장재로서의 성능을 충분히 가지고 있을 뿐만 아니라, 그 포장재를 작업자들이 일일이 뜯어내거나 벗겨내지 않고, 포장된 상태에서 그대로 고무제품을 가공하여 최종 제품을 만들어낼 경우에도, 그 최종 제품의 성능을 저하시키지 않으며, 경우에 따라서는 그 최종제품의 성능을 향상시키는 효과를 보여주고 있다고 할 것이다.

이상에서 본 발명에 의한 고무제품 포장용 필름의 기능성 소재 조성물 및 그 제조방법을 구체적으로 제시하였으나, 이는 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 구체화된 것일 뿐, 본 발명의 모든 특징이 위에서 언급한 항목에만 적용되는 것이라고 한정하여 해석되어서는 아니될 것이다.

또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 고무제품의 포장용 필름의 소재 조성물에 있어서,
   용융점이 105℃ 이상을 이루고 있는 저밀도 폴리에틸렌 수지 30 중량부 내지 50 중량부와, 용융점이 80℃ 내지 95℃를 이루고 있는 에틸렌비닐아세테이트 수지 10 중량부 내지 30 중량부와, 용융점이 55℃를 이루고 있는 트랜스-폴리옥테네이머 수지 20 중량부 내지 40 중량부로 이루어져 있고,
   상기 저밀도 폴리에틸렌 수지와 상기 에틸렌비닐아세테이트 수지와 상기 트랜스-폴리옥테네이머 수지를 3성분계 수지로 하여, 상온에서 슈퍼믹서를 통하여 물리적으로 드라이 블렌딩하고, 140 ℃ ~ 180 ℃ 온도 조건하에서 3중 압출하여 제조되어지고,
   상기 3성분계 수지의 공압출물의 용융점은 70℃ 내지 85℃ 의 범위에 있는 것을 특징으로 한, 고무원료제품의 포장용 필름의 기능성 소재 조성물.
   
   
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