KR102196666B1 - 무기입자를 포함하는 발포시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르 수지에 알킬리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자가 분산된 폴리에스테르 발포시트로서, 발포시트의 두께 편차 7 내지 22%인 일정한 두께를 갖는 발포시트에 관한 것이다.

Description

무기입자를 포함하는 발포시트 및 이의 제조방법{Foam sheet containing inorganic particle and preparing method of the same}
본 발명은 폴리에스테르 수지에 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자가 분산된 발포시트 및 상기 발포시트의 제조방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 결정성을 가지는 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌계 수지나 폴리프로필렌계 수지 등에 비해 기계적 특성이 우수하고 내열성 및 내화학성 등이 뛰어나 경량 및 높은 물리적 특성이 요구되는 각종 분야에서 활용이 가능하다. 폴리에스테르 수지(polyester resin)는 기계적 특성 및 화학적 특성이 우수하여 다용도로의 응용, 예를 들면 종래부터 음용수 용기 및 의료용, 식품 포장지, 식품 용기, 시트(sheet), 필름(film), 자동차 성형품 등의 분야에 응용이 이루어지고 있다.
특히, 폴리에스테르 수지를 포함하는 발포시트는 폴리에스테르계 수지를 포함한 수지 조성물로 구성되는 발포층을 가짐으로써 경량성과 강도가 우수해 그대로 시트형 성형체로서 이용 가능할 뿐만 아니라, 열 성형을 실시하는 등 3차원적인 형상을 가지는 성형체로 성형 가공할 수 있다.
그러나, 폴리에스테르 수지를 포함하는 발포 시트는 상기와 같이 경량성과 강도가 우수한 것의 고강성을 가짐으로써 열 성형 등에 의해 원하는 형상을 부여하는 것이 어려고, 잘 깨지는 단점이 있다. 따라서, 열 성형성이 우수한 폴리에스테르 발포시트의 개발이 요구되고 있다.
대한민국공개특허 제10-2019-0026364호
본 발명은 폴리에스테르 수지에 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자가 분산된 발포시트 및 상기 발포시트의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서, 폴리에스테르 수지에 알킬리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자가 분산된 폴리에스테르 발포시트로서, 하기 수학식 1을 만족하는 발포시트를 제공한다:
[수학식 1]
y=a(x-b)2+7.3691
수학식 1에서,
y는 발포시트의 두께 편차율을 나타내고, 단위는 %이며,
x는 발포시트의 단위 면적당 알칼리토금속 원소의 함량을 나타내고, 단위는 중량%이며,
a는 6.4≤a≤7.4이고, b는 0.59≤b≤0.7이다.
또한, 본 발명은 일실시예에서, 폴리에스테르 수지 및 알킬리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자를 포함하는 수지 용융물을 압출기로 압출 발포하며 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고, 발포된 발포시트는 하기 수학식 1을 만족하는 발포시트의 제조방법을 제공한다:
[수학식 1]
y=a(x-b)2+7.3691
수학식 1에서,
y는 발포시트의 두께 편차율을 나타내고, 단위는 %이며,
x는 발포시트의 단위 면적당 알칼리토금속 원소의 함량을 나타내고, 단위는 중량%이며,
a는 6.4≤a≤7.4이고, b는 0.59≤b≤0.7이다.
본 발명에 따른 발포시트는 폴리에스테르 수지에 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자를 분산시킴으로써, 발포시트의 두께 편차 10% 이하로 두께가 일정한 두께를 갖는 발포시트를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트는 무기입자를 포함함으로써 발포시트의 셀의 사이즈는 줄이고, 밀도는 높일 수 있으며, 시트표면이 균일하여 주름(corrugation)의 발생을 감소시킬 수 있으며, 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 발포시트의 두께 편차율을 나타낸 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 비교예에 따른 주름이 발생한 발포시트(비교예) 및 본 발명의 실시예에 따른 주름이 발생하지 않은 발포시트의 사진이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 발포시트는 폴리에스테르 수지에 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자를 분산시킴으로써, 발포시트의 두께 편차 10% 이하로 두께가 일정한 두께를 갖는 발포시트를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 발포시트는 무기입자로 알칼리토금속 탄산염을 포함함으로써, 발포시트의 셀의 사이즈는 줄이고, 밀도는 높일 수 있으며, 시트표면이 균일하여 주름(corrugation)의 발생을 감소시킬 수 있으며, 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 폴리에스테르 수지에 알킬리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자가 분산된 폴리에스테르 발포시트로서, 하기 수학식 1을 만족하는 발포시트를 제공한다:
[수학식 1]
y=a(x-b)2+7.3691
수학식 1에서,
y는 발포시트의 두께 편차율을 나타내고, 단위는 %이며,
x는 발포시트의 단위 면적당 알칼리토금속 원소의 함량을 나타내고, 단위는 중량%이며,
a는 6.4≤a≤7.4이고, b는 0.59≤b≤0.7이다.
예를 들어, 상기 a는 6.6≤a≤7.4, 6.8≤a≤7.4, 7.0≤a≤7.4, 6.4≤a≤7.2, 6.4≤a≤7.0, 6.4≤a≤6.8, 또는 6.6≤a≤7.0일 수 있고, b는 0.61≤b≤0.7, 0.63≤b≤0.7, 0.65≤b≤0.7, 0.67≤b≤0.7, 0.59≤b≤0.68, 0.59≤b≤0.66, 0.59≤b≤0.64, 또는 0.60≤b≤0.65일 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트의 두께 편차율(수학식 1의 y)은 7 내지 22%일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트의 두께 편차율은 7 내지 20%, 7 내지 15%, 7 내지 12%, 7 내지 10%, 10 내지 22%, 10 내지 15%, 12 내지 22%, 또는 15 내지 22%일 수 있다.
상기 발포시트의 단위 면적(가로 1 m × 세로 1 m) 당 잔류 알칼리토금속 원소의 함량(수학식 1의 x)은 0.2 내지 2.0 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트의 단위 면적 당 잔류 알칼리토금속 원소의 함량은 0.2 내지 1.8 중량%, 0.2 내지 1.6 중량%, 0.2 내지 1.4 중량%, 0.2 내지 1.2 중량%, 0.2 내지 1.0 중량%, 0.2 내지 0.5 중량%, 0.5 내지 2.0 중량%, 1.0 내지 2.0 중량%, 1.2 내지 2.0 중량%, 또는 1.5 내지 2.0 중량%일 수 있다. 상기 발포시트의 단위 면적 당 잔류 알칼리토금속 원소의 함량이 0.2 중량% 이하일 경우, 발포가 되지 않을 수 있다.
상기 발포시트의 KS M ISO 845:2012에 따른 평균 발포 밀도는 100 내지 600 kg/m3일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트의 평균 발포 밀도는 100 내지 500 kg/m3, 100 내지 400 kg/m3, 100 내지 300 kg/m3, 100 내지 200 kg/m3, 200 내지 600 kg/m3, 300 내지 600 kg/m3, 400 내지 600 kg/m3, 또는 500 내지 600 kg/m3일 수 있다.
상기 발포시트의 단위 면적 당 잔류 알칼리토금속 원소의 함량이 0.2 내지 2.0 중량% 범위일 때, 발포시트에 주름(corrugation)이 발생하지 않아 시트표면이 균일할 수 있으며, 이 때의 발포시트의 KS M ISO 845:2012에 따른 평균 발포 밀도가 100 내지 600 kg/m3일 수 있다.
상기 발포시트의 평균 두께는 1.0 내지 5.0 mm 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트의 평균 두께는 1.0 내지 4.0 mm, 1.0 내지 3.5 mm, 1.0 내지 3.0 mm, 1.0 내지 5.5 mm, 1.0 내지 2.0 mm, 1.0 내지 1.5 mm, 1.5 내지 5.0 mm, 2.0 내지 5.0 mm, 3.0 내지 5.0 mm, 또는 4.0 내지 5.0 mm일 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트는 알칼리토금속 탄산염을 포함함으로써, 발포시트 내에 분산된 알칼리토금속 탄산염에 의해 발포시트의 셀의 사이즈는 줄이고, 밀도는 높일 수 있으며, 전체적으로 일정한 크기의 셀을 형성하며 발포 수 있도록 함으로써, 두께 편차가 7 내지 22% 범위로 일정한 두께를 갖는 발포시트를 제공할 수 있으며, 우수한 가공성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 알칼리토금속 탄산염은 무기입자로, 알칼리토금속 탄산염을 포함함으로써 시트표면이 균일하며 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 상기 발포시트가 알칼리토금속 탄산염 중 탄산칼슘을 포함할 경우, 무기입자를 포함하는 탄산칼슘의 열전도율은 1.0 내지 3.0 kcal/mh℃일 수 있으므로, 상기와 같이 탄산칼슘을 포함하는 발포시트는 우수한 열전도율을 나타냄으로써 균일한 표면을 가지고, 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다. 탄산칼슘의 열전도율은 1.2 내지 2.5 kcal/mh℃, 1.5 내지 2.2 kcal/mh℃ 또는 1.8 내지 2.0 kcal/mh℃ 일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄산칼슘의 열전도율은 1.5 내지 2.5 kcal/mh℃ 또는 1.8 내지 2.3 kcal/mh℃일 수 있다.
상기 알칼리토금속 원소는 Ca, Mg, 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온을 포함하는 무기탄산염일 수 있다. 구체적으로, 상기 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자는 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 및 탄산바륨(BaCO3)을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 본 발명의 무기입자는 탄산칼슘을 포함할 수 있다.
상기 발포시트의 단위 면적 당 무기입자의 함량, 즉 발포시트의 단위 면적 당 알칼리토금속 탄산염의 함량은 발포시트의 단위 면적 당 잔류 알칼리토금속 원소 함량을 측정함으로써 알 수 있다. 발포시트의 제조 시 폴리에스테르 수지에 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자의 투입량 대비 발포시트의 제조 후 발포시트 내의 잔류하는 알칼리토금속 원소의 함량은 70 내지 95%일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트 제조 전 투입량 대비 잔류 알칼리토금속 원소의 함량은 70 내지 90%, 70 내지 85%, 70 내지 80%, 75 내지 95%, 80 내지 95%, 85 내지 95%, 또는 90 내지 95%일 수 있다.
상기 무기입자의 평균 크기는 1.0 내지 5.0 μm일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기탄산염의 평균 입자크기는 1.0 내지 4.0 μm, 1.0 내지 3.0 μm, 1.0 내지 2.0 μm, 2.0 내지 5.0 μm, 또는 3.0 내지 5.0 μm일 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 폴리에스테르의 종류를 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 폴리에스테르 발포시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 발포시트일 수 있다.
상기 발포시트의 '주름(corrugation)'은 발포시트의 표면에 울퉁불퉁하거나 물결 모양으로 주름이 잡히는 것을 의미하는 것이다.
상기 발포시트의 주름은 발포시트의 표면을 육안으로 확인하여 개수를 측정할 수 있으며, 발포시트의 단위 면적(가로 1 m × 세로 1 m) 당 10 개 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 주름은 발포시트의 단위 면적(가로 1 m × 세로 1 m) 당 0(주름 없음) 내지 10 개, 0 내지 8 개, 0 내지 6 개, 0 내지 4 개, 또는 0 내지 2 개일 수 있다.
상기 발포시트는, 표면 균일도에 대한 신뢰성 평가 시 단위 면적에서 평가등급이 2 등급 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 균일도에 대한 신뢰성 평가는, 발포시트를 가로 1 m × 세로 1 m로 재단하고, 재단된 시트 상에 존재하는 주름의 개수를 카운트하였으며, 카운트된 주름의 개수를 하기의 기준에 따라 분류하여 등급을 평가한 것일 수 있다(1등급: 주름의 개수가 0개인 경우 / 2등급: 주름의 개수가 0개 초과 2개 이하인 경우 / 3등급: 주름의 개수가 2개 초과 4개 이하인 경우 / 4등급: 주름의 개수가 4개 초과 10개 이하인 경우 / 5등급: 주름의 개수가 10 초과인 경우). 예를 들어, 상기 발포시트는 단위 면적에서 주름의 개수가 2개 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트는 무기입자로 알칼리토금속 탄산염을 포함함으로써, 발포시트의 셀의 사이즈는 줄이고, 밀도는 높일 수 있으며, 시트표면이 균일하여 주름(corrugation)의 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 폴리에스테르 수지 및 알킬리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자를 포함하는 수지 용융물을 압출기로 압출 발포하며 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고, 발포된 발포시트는 하기 수학식 1을 만족하는 발포시트의 제조방법을 제공한다:
[수학식 1]
y=a(x-b)2+7.3691
수학식 1에서,
y는 발포시트의 두께 편차율을 나타내고, 단위는 %이며,
x는 발포시트의 단위 면적당 알칼리토금속 원소의 함량을 나타내고, 단위는 중량%이며,
a는 6.4≤a≤7.4이고, b는 0.59≤b≤0.7이다.
예를 들어, 상기 a는 6.6≤a≤7.4, 6.8≤a≤7.4, 7.0≤a≤7.4, 6.4≤a≤7.2, 6.4≤a≤7.0, 6.4≤a≤6.8, 또는 6.6≤a≤7.0일 수 있고, b는 0.61≤b≤0.7, 0.63≤b≤0.7, 0.65≤b≤0.7, 0.67≤b≤0.7, 0.59≤b≤0.68, 0.59≤b≤0.66, 0.59≤b≤0.64, 또는 0.60≤b≤0.65일 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트의 두께 편차율은 7 내지 22%일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트의 두께 편차율은 7 내지 20%, 7 내지 15%, 7 내지 12%, 7 내지 10%, 10 내지 22%, 10 내지 15%, 12 내지 22%, 또는 15 내지 22%일 수 있다.
상기 발포시트의 단위 면적(가로 1 m × 세로 1 m) 당 잔류 알칼리토금속 원소의 함량은 0.2 내지 2.0 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트의 단위 면적 당 잔류 알칼리토금속 원소의 함량은 0.2 내지 1.8 중량%, 0.2 내지 1.6 중량%, 0.2 내지 1.4 중량%, 0.2 내지 1.2 중량%, 0.2 내지 1.0 중량%, 0.2 내지 0.5 중량%, 0.5 내지 2.0 중량%, 1.0 내지 2.0 중량%, 1.2 내지 2.0 중량%, 또는 1.5 내지 2.0 중량%일 수 있다.
상기 발포시트의 KS M ISO 845:2012에 따른 평균 발포 밀도는 100 내지 600 kg/m3일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트의 평균 발포 밀도는 100 내지 500 kg/m3, 100 내지 400 kg/m3, 100 내지 300 kg/m3, 100 내지 200 kg/m3, 200 내지 600 kg/m3, 300 내지 600 kg/m3, 400 내지 600 kg/m3, 또는 500 내지 600 kg/m3일 수 있다.
상기 발포시트의 단위 면적 당 잔류 알칼리토금속 원소의 함량이 0.2 내지 2.0 중량% 범위일 때, 발포시트에 주름(corrugation)이 발생하지 않아 시트표면이 균일할 수 있으며, 이 때의 발포시트의 KS M ISO 845:2012에 따른 평균 발포 밀도가 100 내지 600 kg/m3일 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 압출기에 도입된 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 압출기에 투입하고 용융하여 압출 발포하여 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 폴리에스테르 수지칩 및 탄산칼슘을 혼합한 혼합물을 용융하여 압출 발포할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 용융하는 과정은 260 내지 300℃의 온도에서 수행될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자는 마스터배치 형태로 폴리에스테르 수지와 혼합되어 수지 용융물을 제조할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 폴리에스테르 수지를 압출기에 도입하는 단계는 폴리에스테르 수지는 펠렛(pellet), 그래뉼(granule), 비드(bead), 칩(chip) 등의 형태를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 분말(powder) 형태로 압출기에 도입될 수 있다.
상기 압출 발포된 발포시트의 온도는 220 내지 270℃의 범위일 수 있다. 상기 압출 발포된 발포시트의 온도는 발포장치를 이용하여 수지 용융물 발포시트로 압출 발포할 때 발포장치의 압출 다이(die)와 맨드럴(nadrel) 사이에 압출 발포된 발포시트의 온도를 의미하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 압출 발포된 발포시트의 온도는 220 내지 250℃, 220 내지 230℃, 230 내지 270℃, 또는 250 내지 270℃일 수 있다.
상기와 같이 알칼리토금속 탄산염을 알칼리토금속 탄산염을 포함함으로써, 발포시트의 셀의 사이즈는 줄이고, 밀도는 높일 수 있으며, 시트표면이 균일하여 주름(corrugation)의 발생을 감소시킬 수 있으며, 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다. 또한, 폴리에스테르 수지 내에 탄산칼슘이 균일하게 분포하여 상기 수지를 압출 발포한 발포시트는 열 전도율이 높아져 발포시트 성형시에 발포시트가 찢어지는 문제를 해결할 수 있다.
상기 알칼리토금속 원소는 Ca, Mg, 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양이온을 포함하는 무기탄산염일 수 있다. 구체적으로, 상기 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자는 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 및 탄산바륨(BaCO3)을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 본 발명의 무기입자는 탄산칼슘을 포함할 수 있다.
상기 발포시트의 단위 면적 당 무기입자의 함량, 즉 발포시트의 단위 면적 당 알칼리토금속 탄산염의 함량은 발포시트의 단위 면적 당 잔류 알칼리토금속 원소 함량을 측정함으로써 알 수 있다.
발포시트의 제조 시 폴리에스테르 수지에 알칼리토금속 탄산염을 함유하는 무기입자의 투입량 대비 발포시트의 제조 후 발포시트 내의 잔류하는 알칼리토금속 원소의 함량은 70 내지 95%일 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트 제조 전 투입량 대비 잔류 알칼리토금속 원소의 함량은 70 내지 90%, 70 내지 85%, 70 내지 80%, 70 내지 85%, 70 내지 80%, 75 내지 95%, 80 내지 95%, 85 내지 95%, 또는 90 내지 95%일 수 있다.
상기 무기입자의 평균 크기는 1.0 내지 5.0 μm일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기탄산염의 평균 입자크기는 1.0 내지 4.0 μm, 1.0 내지 3.0 μm, 1.0 내지 2.0 μm, 2.0 내지 5.0 μm, 또는 3.0 내지 5.0 μm일 수 있다.
상기 발포시트의 단위 면적 당 잔류 무기탄산염 함량을 측정하는 방법은, 발포시트를 산성 용매에서 전처리한 후 원자흡광광도계로 양이온 분석을 통해 측정하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리에스테르 발포시트의 제조방법은, 폴리에스테르 발포시트를 열처리하여 후발포 하는 공정을 수행함으로써, 폴리에스테르 발포시트를 활용한 작업 시 열을 가했을 때 부피변화율이 낮아 후발포되는 현상을 방지할 수 있고, 후발포에 의해 폴리에스테르 발포시트의 두께가 두꺼워짐에 따라 결정화도가 높아지며, 굴곡강도가 높아질 수 있다.
상기 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 열처리 단계에서, 열처리함에 따른 발포시트의 표면 온도와 열처리 시간은 폴리에스테르 발포시트의 두께에 영향을 줄 수 있고, 본 발명에 따른 열처리 온도와 시간 범위에서 열처리함으로써 폴리에스테르 발포시트의 결정화도, 내열성 및 굴곡강도를 향상시킬 수 있다.
상기 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트를 열처리하는 단계는, 30 내지 200 초 동안 열처리 하는 것일 수 있고, 예를 들어, 상기 열처리는 30 내지 200 초, 30 내지 150 초, 30 내지 100 초, 30 내지 50 초, 50 내지 200 초, 100 내지 200 초, 또는 150 내지 200 초 동안 수행하는 것일 수 있다.
상기 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트를 열처리하는 단계는, 열처리에 의해 표면 온도가 120 내지 250℃인 폴리에스테르 발포시트를 제조하는 것일 수 있고, 예를 들어, 상기 표면 온도는 120 내지 250℃, 120 내지 230℃, 120 내지 200℃, 120 내지 180℃, 120 내지 160℃, 120 내지 140℃, 140 내지 250℃, 160 내지 250℃, 180 내지 250℃, 200 내지 250℃, 또는 230 내지 250℃일 수 있다.
상기 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트를 열처리하는 단계는 직접 열처리 및 간접 열처리 방법을 포함할 수 있고, 예를 들어, 직접 열처리는 발포시트의 표면에 직접적으로 열을 가하는 것일 수 있고, 간접 열처리는 열처리 분위기의 온도를 조절하여 열을 가하는 것일 수 있다.
상기 직접 열처리는, 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 표면 온도를 120 내지 300℃ 온도로 가열하는 것일 수 있다. 예를 들어, 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 표면 온도를 120 내지 300℃, 120 내지 200℃, 120 내지 150℃, 150 내지 300℃, 또는 200 내지 300℃ 온도로 가열하는 것일 수 있다.
상기 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 일면 또는 양면에 접촉시켜 열처리하여 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 표면 온도를 120 내지 300℃ 온도로 가열하는 것일 수 있고, 상기 히팅 플레이트 온도는 상기 폴리에스테르 발포시트의 일면 또는 양면을 가열하는 온도는 100 내지 300℃, 100 내지 250℃, 100 내지 200℃, 100 내지 150℃, 150 내지 300℃, 200 내지 300℃, 250 내지 300℃ 범위일 수 있다.
상기 간접 열처리는, 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트를 열처리하는 단계는, 120 내지 600℃ 분위기에서 열처리하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트를 120 내지 600℃, 120 내지 400℃, 120 내지 200℃, 150 내지 600℃, 200 내지 600℃, 또는 400 내지 600℃ 분위기에서 열처리하여 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 표면 온도를 120 내지 300℃ 온도로 가열하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 열처리 수행 시 열처리 온도가 상기 범위일 경우 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트가 1.5 내지 3배로 후발포하는데 용이할 수 있다.
상기 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 열처리 후 발포배율은 열처리 전 발포배율의 1.5 내지 3 배일 수 있다. 상기 열처리는 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 후발포를 수행하는 것일 수 있고, 후발포(열처리) 전 발포배율보다 1.5 내지 3 배 더 발포될 수 있다.
상기 폴리에스테르 발포시트의 평균 두께는 1.5 내지 10 mm일 수 있다. 상기 폴리에스테르 발포시트의 평균 두께는 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 열처리 전보다 1.5 내지 2배 증가한 것일 수 있고, 예를 들어, 상기 폴리에스테르 발포시트의 평균 두께는 1.5 내지 10 mm, 1.5 내지 8 mm, 1.5 내지 5 mm, 5 내지 10 mm, 또는 7.5 내지 10 mm일 수 있다.
상기 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트를 열처리하는 단계를 거침으로써 폴리에스테르 발포시트의 발포 배율을 높이게 되며, 이에 따라 제조된 폴리에스테르 발포시트에 열을 가할 시 후발포가 발생하여 형태가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트는 컨베이어 벨트에 의해 히터를 지나면서 가열되어 열처리(후발포)될 수 있고, 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트는 전단부와 후단부를 평행하게 잡아주는 닙롤러(Nip Roller)에 의해서 히터를 지나면서 가열되어 열처리(후발포)될 수 있다.
압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 열처리 이후, 폴리에스테르 발포시트를 냉각하는 단계를 더 거칠 수 있다. 상기 냉각하는 단계는 폴리에스테르 발포시트가 컨베이어 벨트에 의해 이동하면서 냉각 롤러에 의해 냉각될 수 있다. 이때, 냉각하는 단계는 폴리에스테르 발포시트가 열처리에 의해 용융되어있던 부분을 굳혀, 상기 폴리에스테르 발포시트의 형태가 뒤틀리 현상을 방지하기 위해 수행될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 냉각하는 단계에서 냉각 롤러의 온도는 15℃ 이하, 1 내지 14.5℃, 1.5 내지 14℃, 2 내지 13.5℃¸2.5 내지 13℃, 3 내지 12.5℃, 3.5 내지 12℃, 4 내지 11.5℃ 혹은 4.5 내지 10℃ 범위일 수 있다.
압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 열처리 이후, 폴리에스테르 발포시트를 일정 간격으로 컷팅하는 단계를 더 거칠 수 있다. 상기 컷팅하는 단계는 폴리에스테르 발포시트가 컨베이어 벨트에 의해 이동하면서 커터에 의해 컷팅될 수 있다.
또한, 상기 컷팅하는 단계는 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트의 열처리 후에 폴리에스테르 발포시트가 컨베이어 벨트에 의해 이동하면서 냉각 롤러를 지나 냉각된 후 컨베이어 벨트에 의해 이동하면서 커터에 의해 커팅될 수 있다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포시트는의 제조방법은 열처리된 압출 발포된 폴리에스테르 발포시트를 커터에 의해 컷팅하는 과정을 수행함으로써, 공정성이 향상되고 대량생산이 용이한 이점이 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, 방화화학 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 발포제를 사용할 수 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 부탄이 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.
아울러, 본 발명은 상기 발포시트를 포함하는 식품용기를 제공한다. 본 발명에 따른 식품용기는 무기입자로 무기탄산염을 포함함으로써 식품용기의 표면이 균일하며 제조시 불량률이 낮을 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리에스테르 발포시트를 제조하기 위해, 먼저 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부를 180℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지와 상기 수분이 제거된 PET 수지 100 중량부를 기준으로, 평균 입자사이즈 1.0 내지 5.0 μm의 탄산칼슘 3.1 중량부를 혼합하고, PET 수지 100 중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드 0.5중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 부탄을 PET 수지 100 중량부를 기준으로 1.5 중량부 투입하고 압출발포 하였으며, 평균 2.0 mm 두께의 PET 발포시트를 제조하였다. 이때, 제조된 PET 발포시트의 밀도는 350 kg/m3 였다.
실시예 2
탄산칼슘 1.9 중량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 평균 1.0 mm 두께의 PET 발포시트를 제조하였으며, 제조된 PET 발포시트의 밀도는 280 kg/m3 였다.
실시예 3
탄산칼슘 1.7 중량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 평균 2.2 mm 두께의 PET 발포시트를 제조하였으며, 제조된 PET 발포시트의 밀도는 240 kg/m3 였다.
실시예 4
탄산칼슘 1.5 중량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 평균 2.0 mm 두께의 PET 발포시트를 제조하였으며, 제조된 PET 발포시트의 밀도는 200 kg/m3 였다.
비교예 1
탄산칼슘 5.5 중량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 평균 2.0 mm 두께의 PET 발포시트를 제조하였으며, 제조된 PET 발포시트의 밀도는 350 kg/m3 였다.
비교예 2
탄산칼슘 0.4 중량부를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 평균 2.0 mm 두께의 PET 발포시트를 제조하였으며, 제조된 PET 발포시트의 밀도는 200 kg/m3 였다.
실험예 : 발포시트의 물성 평가
본 발명에 따른 발포시트의 물성을 평가하기 위하여, 실시예 및 비교예에서 제조된 발포시트를 대상으로 하기와 같은 실험을 수행하였다.
가) 시트 내 알칼리토금속 원소 함량 평가
각 발포시트를 800℃ 전기로에 넣고 3 시간 동안 회화한 후, 남은 잔량을 산성 용매로 전처리한 후 원자흡광광도계(atomic absorption spectrometer, AAS)로 측정하였다. 구체적으로, 상기 전처리는 회화된 시료를 36% 염산 3 mL 및 60% 질산 1 mL로 용해하고, 3 μm 여과지로 여과하여 100 mL 플라스크에 취한 후 표선까지 증류수로 채워 수행하였다. 상기 용액을 원자흡광광도계(Varian社, SpectrAA-30)를 이용하여 Ca 원소 함량을 측정하였고, 측정값은 검량선을 통해 수득하였다. 검량선은 Ca 표준액 (Kanto Chemical社, Ca 1,000 ppm)을 사용하여 수득하였다.
나) 발포시트의 평균 두께 및 발포밀도 평가
각 발포시트의 평균 두께를 측정하기 위하여 각 발포시트의 전폭을 일정한 간격으로 8분할하여 인디게이터를 이용하여 두께를 측정한 후(ID-C112, MItutoyo社), 평균값을 계산하였다.
또한, 각 발포시트의 평균 발포밀도를 측정하기 위하여 각 발포시트를 가로 2 ㎝ × 세로 2 ㎝로 샘플을 취한 후 수중식 전자밀도계(EW300SG, MIRAGE社) 로 발포밀도를 측정하였다.
발포시트의 두께 편차를 나타내는 상기 수학식 1은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 측정된 값을 이용하여 도출하였고, 이에 대한 그래프는 도 1에 나타내었다.
다) 발포시트의 신뢰성 평가
각 발포시트의 신뢰성, 구체적으로는 압출발포된 시트의 형상 균일도를 평가하기 위하여 각 발포시트를 가로 1 m × 세로 1 m로 재단하고, 재단된 시트 상에 존재하는 주름의 개수를 카운트하였으며, 카운트된 주름의 개수를 하기의 기준에 따라 분류하여 등급을 평가하였다:
1등급: 주름의 개수가 0개인 경우
2등급: 주름의 개수가 0개 초과 2개 이하인 경우
3등급: 주름의 개수가 2개 초과 4개 이하인 경우
4등급: 주름의 개수가 4개 초과 10개 이하인 경우
5등급: 주름의 개수가 10 초과인 경우
라) 발포시트의 성형성
성형성 실험은 히터(heater)의 상부를 400℃, 하부를 320℃로 가열하여 발포시트의 표면온도가 155℃ 내지 160℃(상세 온도는 하기 표 참고)가 되면 80℃ 온도의 금형으로 성형하여 발포시트의 성형도를 관찰하였다.
[표 1]
Figure 112019042740304-pat00001
상기 표 1을 살펴보면, 실시예 1 내지 4의 발포시트는 두께편차가 10% 이하로 표면의 균일한 것을 알 수 있다. 반면, 비교예 1은 탄산칼슘의 투입량이 5.5 중량%로 많은 양을 함유하여 발포공정에서 시트에 주름(20 개)이 발생하고 두께편차가 24%로 나타난 것을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 2는 탄산칼슘의 투입량이 0.4 중량%로 칼슘 함량이 낮아 기핵 역할이 부족하여 발포 자체가 되지 않아, 발포시트를 제조할 수 없었다.
또한, 본 발명에 따른 발포시트를 성형하여 식품용기로 제조하여 성형성을 실험한 결과, 실시예 1 내지 실시예 4는 성형성이 전반적으로 양호한 것을 확 인할 수 있었다. 구체적으로, 실시예 1 내지 4는 미세윤곽도 양호한 동시에 주름도 형성되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 4는 탄산칼슘의 영향으로 낮은 온도에서도 성형성이 양호한 것을 확인할 수 있었다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 비교예에 따른 주름이 발생한 발포시트(비교예) 및 본 발명의 실시예에 따른 주름이 발생하지 않은 발포시트의 사진이다. 이를 통해서, 본 발명에 따른 발포시트는 탄산칼슘을 일정 함량으로 포함함으로써, 발포시트의 제조 후에도 일정 함량의 탄산칼슘을 포함할 수 있으며, 이에 따라 발포시트 제조과정에서 주름이 형성되지 않고 발포시트의 두께가 일정하며 성형시에 성형성이 우수한 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 폴리에스테르 수지에 탄산칼슘을 포함하는 무기입자가 분산된 폴리에스테르 발포시트로서,
    상기 무기입자의 열전도율은 1.0 내지 3.0 kcal/mh℃이고,
    하기 수학식 1을 만족하는 발포시트:
    [수학식 1]
    y=a(x-b)2+7.3691
    수학식 1에서,
    y는 발포시트의 두께 편차율을 나타내고, 단위는 %이며,
    x는 발포시트의 단위 면적당 Ca 원소의 함량을 나타내고, 0.2 내지 2이며, 단위는 중량%이고,
    a는 6.4≤a≤7.4이고, b는 0.59≤b≤0.7이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    발포시트의 KS M ISO 845:2012에 따른 평균 발포 밀도는 100 내지 600 kg/m3인 발포시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    발포시트의 평균 두께는 1.0 내지 5.0 mm 범위인 발포시트.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    무기입자의 평균 크기는 1.0 내지 5.0 μm인 발포시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 및 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 발포시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    발포시트는, 표면 균일도에 대한 신뢰성 평가 시 단위 면적에서 평가등급이 2 등급 이하인 발포시트.
  8. 폴리에스테르 수지; 및
    탄산칼슘을 포함하는 무기입자;를 포함하는 수지 용융물을 압출기로 압출 발포하며 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 탄산칼슘의 열전도율은 1.0 내지 3.0 kcal/mh℃이며,
    발포된 발포시트는 하기 수학식 1을 만족하는 발포시트의 제조방법:
    [수학식 1]
    y=a(x-b)2+7.3691
    수학식 1에서,
    y는 발포시트의 두께 편차율을 나타내고, 단위는 %이며,
    x는 발포시트의 단위 면적당 Ca 원소의 함량을 나타내고, 0.2 내지 2이며, 단위는 중량%이고,
    a는 6.4≤a≤7.4이고, b는 0.59≤b≤0.7이다.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    무기입자의 평균 크기는 1 내지 5 μm인 발포시트의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    압출 발포된 발포시트의 온도는 220 내지 270℃인 발포시트의 제조방법.
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