KR102233979B1 - 생분해성 에어캡 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, (A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT); (B) 슬립제(Slip Agent); 및 (C) 붙음방지제(Anti-Blocking Agent)를 포함하는 생분해성 에어캡 및 이의 제조 방법이 제공되며, 상기 (A) PBAT는, (A-1) 밀도가 1.240~1.260g/㎤ 및 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 1.5~3g/10분인 PBAT 80~90중량%; 및 (A-2) 밀도가 1.240~1.260g/㎤, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 3~4.5g/10분인 PBAT 10~20중량%로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 에어캡은 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라 짧은 기간 내에 생분해될 수 있어 환경에 대한 부담을 대폭 경감시킬 수 있다.

Description

생분해성 에어캡 및 이의 제조 방법{BIODEGRADABLE AIR CAP AND PREPARATION THEREOF}
본 발명은 생분해성 에어캡 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 에어캡(air cap)은 기포가 들어간 필름의 일종으로 원래는 미국의 Sealed Air Corporation 회사 제품에 대하여 붙여진 이름이지만 최근에는 기포가 들어간 필름의 대명사처럼 쓰이고 있다.
에어캡은 고분자 필름 사이에 공기를 주입하여 필름 사이에 공기층을 형성시킨 것으로, 파손이 우려되는 제품의 완충 포장에 주로 사용되며, 에어캡 필름 제작에는 주로 선형 저밀도 폴리에틸렌이 사용된다.
에어캡은 제품의 완충 포장용으로 수요처가 한정적이었으나, 공기층의 단열 효과를 이용한 동절기 보온용 필름 또는 공기층의 에어포켓 효과를 이용한 제품 표면 보호용 필름으로서 수요가 증가하여 시장이 큰 폭으로 성장했다.
일반적으로 에어캡 제품은 T-Die를 통해 성형된 평판 필름과 엠보싱 형태의 필름의 접착에 의해 성형된다. 에어캡 성형 시 사용되는 수지가 너무 높은 흐름성을 가질 경우, 에어캡의 형성이 잘 이루어지지 않고 필름의 기계적 물성이 저하되며, 반대로 흐름성이 너무 낮을 경우 낮은 성형속도로 인해 상업적인 이용이 어렵다. 이 때문에 에어캡 성형용 수지는 적절한 흐름성을 가져야 하고 그에 맞춰 가공 적성이 유지될 수 있도록 적절한 첨가제 구성이 동반되어야 한다. 추가로 제품 포장, 보온 및 표면 보호 용도로 주로 사용되기 때문에 높은 투명성도 요구된다.
따라서, 에어캡 성형에 적합한 수지의 종류와 물성 선정 및 첨가제 조성이 필요하지만, 에어캡 시장은 최근 들어 급격히 성장한 시장으로 에어캡 성형에 적합한 수지 조성의 최적화가 이루어지지 않아, 에어캡 제조업체 간의 기술 차이가 크고 업체별 생산성 및 품질 수준이 상이한 실정이다.
예를 들면, 특허문헌1은 밀도는 유사하지만 용융지수가 상이한 두 가지 저밀도 폴리에틸렌 수지의 혼합물에 슬립제 및 붙음방지제를 혼합하여 인장강도, 인열강도, 다트(Dart) 충격강도 등 기계적 물성이 우수하고 높은 투명도를 가지면서 성형성이 우수한 에어캡 필름을 제조할 수 있음을 개시하고 있다.
최근 들어, 환경 문제에 대한 이슈가 많이 제기되면서 친환경 에어캡에 대한 요구도 점점 증가하고 있다. 에어캡은 석유 유래의 플라스틱 제품을 사용한 것으로, 사용후 에어캡 포장재는 분리수거가 잘 이루어지지 않을 뿐만 아니라 이를 소각, 매립하는 경우 유독가스가 발생하여 대기오염을 유발하고, 매립공간의 부족 및 환경오염을 유발시키는 원인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 식물 유래의 바이오매스를 사용한 친환경 플라스틱 조성물을 개발하여 에어캡 제조에 활용하려는 시도가 있었으나, 에어캡 제조를 위한 공정조건을 만족하지 못하여, 기존의 설비를 이용하지 못할 뿐만 아니라, 신장률, 인장강도 등 물성이 저하되는 등의 문제점이 있었다.
예를 들면, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에는, 제 1 폴리올레핀계 수지, 소맥피 함유 조성물(제 2 폴리올레핀계 수지 및 소맥피, 왁스, 무기물 필러 및 계면활성제 함유) 및 제습제(실리카겔 또는 활성알루미나)를 포함하는 바이오 플라스틱 필름 및 이를 사용한 에어캡 제품이 개시되어 있다. 그러나, 상기 소맥피는 바이오 플라스틱 필름의 전체 중량 기준 2~8중량% 정도로 혼입될 수 있어, 친환경 플라스틱 제품, 특히 탄소중립형 플라스틱 제품으로서 인정받기가 어려울 뿐만 아니라, 소맥피를 함유하므로 제습제의 사용이 필수적이며, 기존의 석유 유래 에어캡에 비해 씰링강도 및 내압강도 등이 부족하다.
에어캡 제조를 위해서는 플라스틱 필름을 에어캡 형태를 갖도록 가공하는 공정을 거치기 때문에, 플라스틱 필름의 물성 한정 및 공정 제어가 요구되나, 식물유래 바이오매스 분말 등의 첨가제를 첨가하면, 이러한 한정 및 제어가 어렵게 된다. 그래서, 기존의 에어캡 제조 공정에 식물 유래의 바이오매스 분말을 적용하면, 제조된 바이오 플라스틱 필름에 인열 또는 파열이 발생하거나, 공정 온도에서 바이오매스 분말이 탄화되거나, 제조된 에어캡의 물성이 저하되는 등의 현상이 나타난다.
한편, PLA 및/또는 PBAT 등의 생분해성 수지를 사용하여 생분해성 에어캡을 제조하고자 하는 시도가 있었으나, 만족스러운 물성을 갖는 생분해성 에어캡을 제조하지는 못하고 있다.
이러한 상황에서, 만족스러운 물성을 갖는 생분해성 에어캡 및 이의 제조 방법에 대한 개발이 여전히 요망되고 있다.
국내 공개특허공보 제10-2019-0063668호(2019.06.10. 공개) 국내 공개특허공보 제10-2018-0003979호(2018.01.10. 공개) 국내 등록특허공보 제10-1885987호(2018.08.06. 공고)
본 발명의 목적은 생분해성 중합체인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트) (PBAT) 을 사용하지만 기계적 물성이 저하되지 않는 생분해성 에어캡 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 베이스 필름(20)과, 상기 베이스 필름(20)의 상면에 합지되며 에어 엠보싱이 형성되는 엠보싱 필름(10)을 포함하는 생분해성 에어캡을 제공하는데, 상기 베이스 필름과 상기 엠보싱 필름은:
(A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT);
(B) 슬립제(Slip Agent); 및
(C) 붙음방지제(Anti-Blocking Agent);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 에어캡은, (A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트) (PBAT) 100중량부에 대해,
(B) 슬립제(Slip Agent) 0.1~0.15중량부; 및
(C) 붙음방지제(Anti-Blocking Agent) 0.15~0.25중량부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT)는,
(A-1) 밀도가 1.240~1.260g/㎤ 및 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 1.5~3g/10분인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 80~90중량%; 및
(A-2) 밀도가 1.240~1.260g/㎤, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 3~4.5g/10분인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 10~20중량%;
로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT는 각각 수평균분자량이 25,000 내지 80,000이고, 중량평균분자량이 40,000 내지 300,000이며, 융점이 105 내지 135℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT는 각각 단봉 분자량 분포를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스 필름은, 두께 50㎛일 때, 인장강도(ASTM D1238)가 350 ㎏/㎠ 이상이고, 연신율(ASTM D638)이 600% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 슬립제는 올레아마이드(oleamide), 에루카미드(erucamide), 올레일 팔미트아미드(oleyl palmitamide), 스테얼리 에루카미드(stearly erucamide) 및 에틸렌비스올레아마이드(ethylene bis oleamide)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것이고, 상기 붙음방지제는 실리카, 실리콘, 탈크, 제올라이트 및 활석으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스 필름 또는 엠보싱 필름은 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 100중량부에 대해 5~25중량부의 저밀도 폴리에틸렌, 바이오 PE 또는 PLA를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 생분해성 에어캡의 제조 방법을 제공할 수 있다:
(단계 1) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT), 슬립제 및 접착방지제를 혼합하고 압출하여 베이스 필름을 제조하는 단계;
(단계 2) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT), 슬립제 및 접착방지제를 혼합하고 압출하여 엠보싱용 예비필름을 제조하는 단계;
(단계 3) 상기 단계 2에서 제조된 엠보싱용 예비필름에 엠보싱 구조를 형성시켜 엠보싱 필름을 제조하는 단계; 및
(단계 4) 상기 단계 1에서 형성된 베이스 필름을 상기 단계 3에서 형성된 엠보싱 필름에 접합시키는 단계.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계 1 및 상기 단계 2는 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT), 슬립제 및 접착방지제를 혼합하고 150~220℃의 온도에서 압출하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 에어캡은 기계적 물성, 난연성, 자외선 차단성 및 방담성이 우수할 뿐만 아니라 짧은 기간 내에 생분해될 수 있어 환경에 대한 부담을 대폭 경감시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 에어캡의 베이스 필름(20) 및 엠보싱 필름(10)의 형태 및 구조를 보여주는 분해도이다.
도 2는 엠보싱 필름(10)에 엠보싱이 형성되는 과정과 여기에 베이스 필름(20)이 접합되어 에어캡이 제조되는 과정을 보여주는 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
본 발명의 첫번째 목적은 베이스 필름(20)과, 상기 베이스 필름20)의 상면에 합지되며 에어 엠보싱이 형성되는 엠보싱 필름(10)을 포함하는 생분해성 에어캡을 제공하는 것으로, 상기 베이스 필름과 엠보싱 필름은:
(A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT);
(B) 슬립제(Slip Agent); 및
(C) 붙음방지제(Anti-Blocking Agent);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 에어캡은, (A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트) (PBAT) 100중량부에 대해,
(B) 슬립제(Slip Agent) 0.1~0.15중량부; 및 (C) 붙음방지제(Anti-Blocking Agent) 0.15~0.25중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT)는,
(A-1) 밀도가 1.240~1.260g/㎤ 및 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 1.5~3g/10분인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 80~90중량%; 및
(A-2) 밀도가 1.240~1.260g/㎤, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 3~4.5g/10분인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 10~20중량%;
로 구성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 생분해성 에어캡의 각 구성에 대해 더욱 상세히 설명한다.
(A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT)
폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT)는 생분해성 랜덤 공중합체로서, 상세하게는 아디프산, 1,4-부탄디올 및 테레프탈산의 공중합체이고, 폴리(부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트) 또는 폴리부타디엔-아디페이트-테레프탈레이트 등으로 칭해지며, 하기 화학식 1의 구조를 가지고 있다.
[화학식 1]
Figure 112020051427779-pat00001
상기 식에서 m 및 n은 반복단위의 수를 의미한다.
PBAT는 많은 생산업자들이 제조하고 있고, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 물성이 유사하여 생분해성 대체품으로 적용되고 있으나, 랜덤 공중합체이기 때문에 제조공정에 따라 분자량, 분자량 분포 등이 다양하게 제조되고, 이에 따라 물성도 매우 다양하게 나타나고 있어, 복잡한 물품이나 필름에 적용하는 것은 많은 제한이 따르고 있다.
PBAT는 랜덤 공중합체이어서 정렬구조가 없으므로 결정화되기 어렵고, 이에 따라, 브로드(broad)한 융점, 낮은 탄성 모듈러스 및 강성(stiffness), 높은 굴곡성 및 인성을 갖는다.
PBAT는 부틸렌 아디페이트기로 인해 자연계에서 완전히 생분해될(biodegradable) 수 있으며, 테레프탈레이트 부위로 인해 높은 안정성 및 기계적 성질을 갖고 있다.
PBAT는 하기 반응식 1에 따라 제조되는 1,4-부탄디올 및 아디프산의 중합체 및 하기 반응식 2에 따라 제조되는 디메틸테레프탈레이트(DMT) 및 1,4-부탄디올의 중합체를, 하기 반응식 3에 따라 반응시킴으로써 합성될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112020051427779-pat00002
[반응식 2]
Figure 112020051427779-pat00003
[반응식 3]
Figure 112020051427779-pat00004
PBAT는 사용된 단량체의 비율 및 반응된 중합체의 비율에 따라 다양한 단량체 조성 및 분자량 분포를 가지며, 물리적 물성의 변동성이 높다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, PBAT는 밀도가 1.240~1.260g/㎤ 이고 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 1.5~4.5g/10분일 수 있다. 바람직하게는, PBAT는 하기 두 가지 PBAT의 혼합물인 것이 바람직하다:
(A-1) 밀도가 1.240~1.260g/㎤, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 1.5~3g/10분인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 80~90중량%; 및
(A-2) 밀도가 1.240~1.260g/㎤, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 3~4.5g/10분인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 10~20중량%.
본 발명의 일 실시예에 따르면, PBAT는 수평균분자량이 25,000 내지 80,000이고, 중량평균분자량이 40,000 내지 300,000에서 선택될 수 있으며, 융점은 105 내지 135℃를 나타낼 수 있다. PBAT의 수평균분자량이 25,000 내지 80,000이고, 중량평균분자량이 40,000 내지 300,000에서 선택되면, 상술한 범위로 밀도 및 용융지수를 조절하기가 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PBAT의 분자량 분포는 단봉 또는 쌍봉 분포를 가지는 것이 바람직하다. 또한, (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT가 분자량 분포곡선에서 각각 단봉 분포를 가지는 것이 더욱 바람직하다. 단봉 분자량 분포는 분자량 분포가 최대치 외에 다른 변곡점이 없는 것을 의미한다. (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT의 분자량 분포가 단봉 이외의 쌍봉 혹은 삼봉 등 변곡점이 많은 분포를 가지면, (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT를 혼합할 경우에 투명성이 저하될 수 있다.
(B) 슬립제(Slip agent)
본 발명에 있어서, 슬립제는 가공 도중이나 직후에 표면으로 스며나와 마찰계수를 줄이는데 필요한 윤활작용을 하며, 지효성 슬립제와 속효성 슬립제가 있으며, 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
슬립제는 폴리디메틸 실록산, 디메틸 실록산의 메틸기 또는 그 일부가 수소, 페닐기, 할로겐화 페닐기, 할로겐화 알킬기 및 플루오르 에스테르기에서 선택된 일종 이상의 지방족계 또는 방향족계로 치환된 형태의 디메틸 실록산 유도체의 지효성 슬립제와; 올레아마이드, 에루카미드, 올레일 팔미트아미드, 스테얼리 에루카미드, 에틸렌비스올레아마이드의 속효성 슬립제로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 아루카미드를 사용할 수 있다.
상기 지효성 슬립제에는 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane, PDMS), 디메틸 실록산의 메틸기 또는 그 일부가 수소, 페닐기, 할로겐화 페닐기, 할로겐화 알킬기, 플루오르 에스테르기 등에서 선택된 일종 이상의 지방족계 또는 방향족계로 치환된 형태의 디메틸 실록산 유도체 등을 예로 들 수 있다.
또한, 속효성 슬립제로는 올레아마이드(oleamide), 에루카미드(erucamide), 올레일 팔미트아미드(oleyl palmitamide), 스테얼리 에루카미드(stearly erucamide), 에틸렌비스올레아마이드(ethylene bis oleamide) 등을 예로 들 수 있다.
본 발명에서 슬립제는 상기 (A) PBAT 100중량부에 대해, 구체적으로 (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT의 합계 100중량부에 대하여 0.1~0.15중량부, 바람직하게는 0.13~0.15중량부로 포함될 수 있다.
슬립제의 함유량이 0.1중량부 미만일 경우 필름의 마찰계수가 과도하게 높아질 수 있으며, 0.15중량부를 초과하는 경우 필름의 마찰계수는 낮아지지만 과포화 상태의 슬립제가 필름 표면으로 나와 분진을 발생시키는 문제가 발생할 수 있다.
(C) 붙음방지제(Anti-blocking agent)
본 발명에 있어서, 붙음방지제(anti-blocking agent)는 필름의 합지시 필름끼리 밀착되게 합지되지 않고 표면에 잔주름이 발생하거나 구겨지는 현상을 방지하기 위해 첨가하는 것으로, 실리카, 실리콘, 탈크, 활석 등으로 구성된 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 붙음방지제는 (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT의 합계 100중량부에 대하여 0.15~0.25중량부, 바람직하게는 0.17~0.23중량부로 포함될 수 있다.
붙음방지제의 함유량이 0.15 미만인 경우에는 필름의 블로킹 특성이 좋지 않아 필름의 후 가공 시 문제가 발생할 수 있으며, 0.25중량부를 초과하는 경우 필름의 블로킹 특성은 좋아지나 필름의 투명도가 저하되고 과도한 붙음방지제 함량으로 인해 표면 요철이 생겨 필름의 외관 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (A) PBAT, (B) 슬립제 및 (C) 붙음방지제를 혼합 및 압출하여 생분해성 에어캡 제조용 마스트배치를 제조하고, 이를 임의의 다른 첨가제와 혼합 및 압출하여 생분해성 에어캡을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, (A) PBAT, (B) 슬립제 및 (C) 붙음방지제를 함유하는 생분해성 에어캡 제조용 마스터배치, 바람직하게는 (A-1) PBAT, (A-2) PBAT, (B) 슬립제 및 (C) 붙음방지제를 함유하는 생분해성 에어캡 제조용 마스터배치는 밀도가 1.240~1.260g/㎤, 바람직하게는 1.245~1.255g/㎤이고, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 1.5~4.5g/10분, 바람직하게는 2~4g/10분으로서, 생분해성 에어캡 제조에 매우 적합한 물성을 구비하게 된다.
용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 1.5~4.5g/10분, 바람직하게는 2~4g/10분으로서, 생분해성 에어캡 제조에 매우 적합한 물성을 구비하게 된다.
또한, 상술한 범위의 밀도 및 용융지수를 갖는 (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT를 선택할 뿐만 아니라 보다 바람직한 물성을 갖는 (B) 슬립제 및 (C) 붙음방지제를 선택함으로써, 밀도가 1.245~1.255g/㎤이고 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 2~3g/10분으로서, 생분해성 에어캡의 제조에 매우 적합한 물성을 구비하게 된다.
본 발명에 따른 생분해성 에어캡은 본 발명의 목적을 훼손하지 않는 한, 필요에 따라 다양한 첨가제, 예컨대 색소 마스터배치, 산화방지제, 열 및 광 안정제, 대전방지제, 윤활제, 방부제, 가공조제, 점착방지제, 안료, 난연제, 발포제 등을 1종 이상 추가로 함유할 수 있다.
이러한 첨가제들의 사용량은 각각 본 발명에 따른 에어캡 또는 이의 제조용 마스터배치의 특성에 영향을 미치지 않고 이를 제조하는 데 사용 가능한 것으로 알려진 범위 내에서 전체 제조량 및 제조 공정 등을 고려하여 특정 범위로 조절할 수 있다.
본 발명에 명시된 슬립제, 붙음방지제 및 상기 기타 첨가제들은 상기 (A-1) PBAT 및/또는 (A-2) PBAT 투입 단계에서 추가로 첨가되거나, 별도의 추가 단계, 예를 들면 마스터배치의 투입단계에서 혼련하여 첨가될 수도 있다.
일반적으로 에어캡은 T-Die 방식으로 압출하여 제조되고 있다. 예를 들면, 에어캡 제조용 원료들을 압출기에 투입 및 혼련하고, T-Die 방식으로 압출하여 엠보싱 필름과 베이스 필름을 제조하고, 엠보싱 필름에 엠보싱을 형성시킨 다음 베이스 필름과 합지함으로써, 2층 구조의 에어캡을 제조할 수 있다.
본 발명의 두번째 목적은, 하기 단계를 포함하는 생분해성 에어캡의 제조 방법을 제공하는 것이다:
(단계 1) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT), 슬립제 및 접착방지제를 혼합하고 압출하여 베이스 필름을 제조하는 단계;
(단계 2) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT), 슬립제 및 접착방지제를 혼합하고 압출하여 엠보싱용 예비필름을 제조하는 단계;
(단계 3) 상기 단계 2에서 제조된 엠보싱용 예비필름에 엠보싱 구조를 형성시켜 엠보싱 필름을 제조하는 단계; 및
(단계 4) 상기 단계 1에서 형성된 베이스 필름을 상기 단계 3에서 형성된 엠보싱 필름에 접합시키는 단계.
상기 단계 1 및 2는 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT), 슬립제 및 접착방지제를 상술한 함량으로 혼합하고 140~220℃, 바람직하게는 150~200℃, 더욱 바람직하게는 160~190℃의 온도에서 압출하여 수행될 수 있다. 압출기 내의 온도는 여러 단계로 온도구배되어 있어, 상술한 온도를 초과하지 않도록 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 제조된 생분해성 에어캡에서, 베이스 필름은, 두께 50㎛일 때, 인장강도(ASTM D1238)가 350 ㎏/㎠ 이상이고, 연신율(ASTM D638)이 600% 이상일 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 생분해성 에어캡에서, 상기 베이스 필름 또는 엠보싱 필름은 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 100중량부에 대해 5~25중량부의 저밀도 폴리에틸렌, 바이오 PE 또는 폴리락트산(PLA)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 베이스 필름(20)과, 상기 베이스 필름(20)의 상면에 합지되며 에어 엠보싱들이 형성되는 엠보싱 필름(10)을 포함하는 2층 구조의 생분해성 에어캡이 제공될 수 있다. 이러한 생분해성 에어캡은 비제한적인 예를 들면, 상품포장재, 완충재, 단열재, 비닐 하우스용 단열 시트 등에 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 엠보싱 필름(10) 위에 상부 필름을 부착하여 상부 필름-엠보싱 필름-베이스 필름의 3층 구조의 생분해성 에어캡이 제공될 수 있는데, 여기서 상부 필름은 베이스 필름과 동일 또는 상이할 수 있다. 또다르게는, 엠보싱 필름-베이스 필름의 2층 구조로 된 에어캡을 적층하여 다층 구조의 에어캡 접합체를 제조할 수 있다. 이러한 다층 구조의 생분해성 에어캡은 비제한적인 예를 들면 비닐하우스, 실내 장식재, 외벽 장식재 등에 적용될 수 있다.
도 2는 엠보싱 필름(10)에 엠보싱이 형성되는 과정과 여기에 베이스필름(20)이 접합되어 에어캡이 제조되는 과정을 설명하는 개념도로서, 엠보싱 필름과 베이스 필름은 압출기에서 T-Die 방식으로 형성되는 것을 보여준다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예
참조예 1
호퍼, 엠보싱 필름용 압출장치 및 엠보싱 롤러, 베이스 필름용 권취 롤러, 베이스 필름을 엠보싱 필름이 형성된 엠보싱 롤러로 인도해주는 가이드 롤러, 엠보싱 롤러에서 접합된 엠보싱 롤러 및 베이스 필름을 압착해주는 접합 롤러, 접합된 엠보싱 롤러 및 베이스 필름, 즉 에어캡을 냉각해주는 냉각 롤러, 제조된 에어캡을 권취하는 에어캡 권취 롤러를 포함하는 에어캡 제조 장치(모델명: T-Die 압출기, 제조사: 다호플러스)를 이용하였다.
저밀도 폴리에틸렌 수지[용융지수(190℃, 2.16㎏) 3.0g/10분, 밀도 0.922g/㎤)] 100중량부, 슬립제(Erucamide) 0.1중량부 및 붙음방지제(실리카) 0.2중량부를 호퍼를 통해 압출기로 공급하고, 180~190℃에서 혼련하고, 다이스 온도 200~210℃에서 두께 필름으로 압출하였다. 압출된 필름을 베이스 필름으로 사용하였다.
저밀도 폴리에틸렌 수지[용융지수(190℃, 2.16㎏) 3.0g/10분, 밀도 0.922g/㎤] 50중량부, 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지[용융지수(190℃, 2.16㎏) 2.0g/10분, 밀도 0.920g/㎤] 50중량부, 슬립제 0.1중량부 및 붙음방지제 0.2중량부를 호퍼를 통해 압출기로 공급하고, 180~190℃에서 혼련하고, 다이스 온도 200~210℃에서 필름으로 압출하였다. 압출된 필름을 엠보싱용 예비필름으로 사용하였다.
상기 엠보싱용 예비필름을 엠보싱 롤러로 공급하고, 감압 흡인하여 엠보싱 구조를 형성하고, 엠보싱 구조가 형성된 부분이 분리되기 전에 베이스 필름을 공급하여 엠보싱 필름과 중첩시키고, 접합 롤러로 압착하여 베이스 필름과 엠보싱 필름을 접합시켜 에어캡 필름을 제조하였다.
제조된 에어캡 필름을 엠보싱 롤러에서 분리하고, 공기를 송풍하여 냉각시키고, 권춰 롤러에 권취하였다.
실시예 1
밀도가 1.26이고 용융지수가 2.5인 (A-1) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT)(상표명: Solpol-1000, 제조사: 지오솔테크) 100중량부, 슬립제(Erucamide) 0.1중량부 및 붙음방지제(실리카) 0.2중량부를 호퍼를 통해 압출기로 공급하고, 140~220℃에서 혼련하고, 다이스 온도 220~230℃에서 T-Die 방식으로 필름 형태로 압출하였다. 압출된 필름을 베이스 필름으로 사용하였다.
밀도가 1.26이고 용융지수가 2.5인 (A-1) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) (상표명: Solpol-1000, 제조사: 지오솔테크) 85중량부, 밀도가 1.26이고 용융지수가 3.5인 (A-2) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) (제조사: 지오솔테크) 15중량부, 슬립제(Erucamide) 0.1중량부 및 붙음방지제(실리카) 0.2중량부를 호퍼를 통해 압출기로 공급하고, 140~220℃에서 혼련하고, 다이스 온도 220~230℃에서 T-Die 방식으로 필름 형태로 압출하였다. 압출된 필름을 엠보싱용 예비필름으로 사용하였다.
상기 엠보싱용 예비필름을 엠보싱 롤러로 공급하고, 감압 흡인하여 엠보싱 구조를 형성하고, 엠보싱 구조가 형성된 부분이 분리되기 전에 베이스 필름을 공급하여 엠보싱 필름과 중첩시키고, 접합 롤러로 압착하여 베이스 필름과 엠보싱 필름을 접합시켜 에어캡 필름을 제조하였다.
제조된 에어캡 필름을 엠보싱 롤러에서 분리하고, 공기를 송풍하여 냉각시키고, 권춰 롤러에 권치하였다.
실시예 2
베이스 필름에 대해서 (A-1) PBAT 85중량부 및 (A-2) PBAT 15중량부의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 진행하여, 생분해성 에어캡을 제조하였다.
실시예 3
엠보싱 필름 및 베이스 필름에 대해서, (A-2) PBAT를 사용하지 않고, (A-1) PBAT 만을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 진행하여, 생분해성 에어캡을 제조하였다.
실시예 4
밀도가 1.26이고 용융지수가 2.5인 (A-1) PBAT 대신에, 밀도가 1.27이고 용융지수가 6.5인 PBAT(제조사: 지오솔테크)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 진행하여, 생분해성 에어캡을 제조하였다.
실험례
상기 각 실시예에 따라 제조된 생분해성 에어캡에 대하여 하기 방법으로 평가하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[평가 방법]
(1) 파단점 인장강도: ASTM 평가법 D882에 따라 측정하였다.
(2) 엘멘도르프 인열강도: ASTM 평가법 D1922에 따라 측정하였다.
(3) 헤이즈: ASTM 평가법 D1003에 따라 측정하였다.
(4) 마찰계수: ASTM 평가법 D1894에 따라 측정하였다
물성 단위 참조예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
파단점 인장강도(MD) kg/cm2 355 321 360 301 342
파단점 인장강도(TD) kg/cm2 305 278 296 258 299
인열강도(MD) g/㎛ 4.2 3.7 4.1 3.2 2.2
인열강도(TD) g/㎛ 10.1 8.2 9.5 7.2 5.5
헤이즈 % 2.0 2.8 3.1 2.5 2.9
마찰계수 - 0.12 0.11 0.12 0.12 0.11
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 적절한 밀도 및 용융지수를 갖는 PBAT를 사용하여 제조한 실시예 1~3의 생분해성 에어캡은, 저밀도 폴리에틸렌을 사용하여 제조한 종래기술의 에어캡(참조예 1)에 필적하는 물성을 나타내었다.
본 발명의 실시예 1~3에 있어서, 2 가지 PBAT 배합물을 베이스 필름 및 엠보싱 필름 모두에 적용한 에어캡(실시예 2)은, 베이스 필름에만 적용한 에어캡(실시예 1) 및 엠보싱 필름에만 적용한 에어캡(실시예 3)에 비해, 더욱 우수한 물성을 나타내었다.
PBAT의 밀도 및 용융지수가 높은 경우(실시예 4)에는, 에어캡 제조 시에 용융 압출물에서 인열이 발생하는 빈도가 증가하였고, 결과된 에어캡의 물성도 불안정하였다.
지금까지 본 발명에 따른 생분해성 에어캡 및 이의 제조 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 베이스 필름(20)과, 상기 베이스 필름(20)의 상면에 합지되며 에어 엠보싱이 형성되는 엠보싱 필름(10)을 포함하는 생분해성 에어캡에 있어서,
    상기 베이스 필름과 엠보싱 필름은
    (A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT);
    (B) 슬립제(Slip Agent); 및
    (C) 붙음방지제(Anti-Blocking Agent);
    를 포함하고, 상기 (A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT)는,
    (A-1) 밀도가 1.240∼1.260g/㎤ 및 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 1.5∼3g/10분인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 80∼90중량%; 및
    (A-2) 밀도가 1.240∼1.260g/㎤, 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16㎏)가 3∼4.5g/10분인 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 10∼20중량%;
    로 구성된 것을 특징으로 하는, 생분해성 에어캡.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A) 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 100중량부에 대해,
    (B) 슬립제(Slip Agent) 0.1~0.15중량부; 및
    (C) 붙음방지제(Anti-Blocking Agent) 0.15~0.25중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생분해성 에어캡.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT는 각각 수평균분자량이 25,000 내지 80,000이고, 중량평균분자량이 40,000 내지 300,000이며, 융점이 105 내지 135℃인 것을 특징으로 하는, 생분해성 에어캡.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A-1) PBAT 및 (A-2) PBAT는 각각 단봉 분자량 분포를 나타내는 것을 특징으로 하는, 생분해성 에어캡.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 필름은, 두께 50㎛일 때, 인장강도(ASTM D1238)가 350 ㎏/㎠ 이상이고, 연신율(ASTM D638)이 600% 이상인 것을 특징으로 하는, 생분해성 에어캡.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬립제는 올레아마이드(oleamide), 에루카미드(erucamide), 올레일 팔미트아미드(oleyl palmitamide), 스테얼리 에루카미드(stearly erucamide) 및 에틸렌비스올레아마이드(ethylene bis oleamide)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것이고, 상기 붙음방지제는 실리카, 실리콘, 탈크, 제올라이트 및 활석으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 생분해성 에어캡.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 필름은 폴리(부틸렌아디페이트테레프탈레이트)(PBAT) 100중량부에 대해 5~25중량부의 저밀도 폴리에틸렌, 바이오 PE 또는 PLA를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 생분해성 에어캡.
  9. 삭제
  10. 삭제
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