KR19980030536A - 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름 조성물 및 그 필름의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름 조성물 및 그 필름의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 본 발명의 필름 조성물은 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 고압공정으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌 1 내지 50중량%를 포함한다. 또한, 본 발명의 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법은 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 고압공정으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌 1 내지 50중량%를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 블로운 필름 제조장치를 이용하여 압출 및 연신하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, 이하 LLDPE라 칭함) 필름 조성물 및 그 필름의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 LLDPE를 일반적인 블로운 필름 제조방법으로 필름을 제조하면 기계방향(종축방향)으로의 수축률은 크지만 기계수직방향(횡축방향)으로는 오히려 팽창되어 수축성 필름으로 사용될 수 없는 단점을 해소하고, 가공이 용이하면서 기계적 물성이 우수한 LLDPE 열수축성 필름 조성물 및 그 필름의 제조방법에 관한 것이다.
열수축성 필름은 불규칙적인 형상의 제품을 단단하게 포장할 수 있으며, 좋은 외관을 제공할 수가 있으므로 공업용 부품, 일용품, 식료품 등의 포장과 청량음료, 쥬스 등의 박스를 외포장하는 용도로 널리 사용되고 있다.
LLDPE 열수축성 필름을 제조하는 기존의 방법으로는 (1) 블로운 필름으로 성형된 필름이나 시이트를 분자의 배향이 가능한 온도로 다시 가열하여 용융온도 이하에서 기계수직방향으로 재연신하여 열수축성 필름을 제조하는 방법과, (2) 연신 이전에 전자선 조사를 통한 가교도 증가를 통해 수축도가 신장된 열수축성 필름을 제조하는 방법과, (3) 화학적 가교제를 이용하여 가교도를 증가시켜 열수축성 필름을 제조하는 방법으로 대별할 수 있다.
이에 반해, 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, 이하 LDPE라 칭함) 열수축성 필름은 전술한 LLDPE 열수축성 필름의 제조방법과는 달리, 급냉후 다시 가열하여 연신하는 공정에 의하거나, 가교도를 증가시키기 위한 공정없이 일반적인 블로운 필름 가공기기를 사용하여 열수축성 필름을 제조할 수 있다.
한편, LDPE 열수축성 필름의 제조방법과 같은 방법으로 LLDPE 열수축성 필름을 제조할 경우에는 기계방향으로의 수축은 70∼80% 정도로 양호하나, LLDPE의 낮은 용융강도로 인해 블로운 필름의 제조시에는 낮은 원주응력을 갖게 되어 기계수직방향으로 분자배향이 줄어들고 부피는 불변하므로 기계방향으로의 높은 수축은 다른 두방향으로의 팽창을 야기시킨다. 이에 따라, 기계수직방향으로의 잠재수축을 보상할 수 있는 이상으로 기계방향으로의 수축이 일어날 경우에는 기계수직방향으로 오히려 늘어나는 경향을 보이는 문제점이 있다.
미합중국 특허 제3,141,912호에는 연신전 필름에 전자선 조사가 필요치 않는 특정 중합체에 대해 유용한 열수축성 필름의 제조방법이 기술되어 있다. 상기 특허에 기술된 방법에 따르면, 중합체는 관형의 형태로 필름으로 압출되고, 관은 배향온도 범위 이하의 온도로 유지되면서 관의 필름은 이축으로 연신된다. 이축 연신은 (a) 내부기체압의 사용으로 관의 지름을 확장시켜 큰 버블을 형성시키고, (b) 각각 배향의 횡방향 및 종방향을 얻기 위해 압출속도보다 빠른 속도에서 압출된 관을 전진시켜 수행한다. 그후, 필름은 냉각되고 열수축성을 보유하기 위해 냉각된 상태로 감겨진다.
미합중국 특허 제4,820,557호에는 층 가운데 하나가 1-옥텐 또는 1-헥센을 가진 에틸렌의 선상 공중합체인 다중층 열수축성 필름의 제조에 대해 기술되어 있는데, 여기서 선상 공중합체는 좁은 분자량분포와 0.935g/cc 또는 그 이하의 밀도를 가진다. 층은 LDPE를 포함하는 다수의 다른 중합체들과 상기 공중합체의 블렌드가 기술되어 있지만, 열수축성 필름의 제조가 전자선 조사와 관련된 것으로 기술되어 있다.
일본 특허출원 제60-257,232호(1985년)에는 중합체가 필름 압출기내에서 가교되도록 LDPE와 LLDPE를 자유라디칼 발생제와 함께 배합시킨다는 내용이 기술되어 있다. 필름은 버블이 중합체의 융점에서 또는 그 부근에서 블로운되는 통상적인 블로운 필름방법으로 제조되며, 그 필름은 배향이 거의 없고 열수축되지 않는다. 결과적으로, 필름의 백(bag)이 우수한 열 씰링강도를 가지는 내용이 기술되어 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 일반적인 블로운 필름 제조방법으로 제조될 수 있으며 가공이 용이하면서도 기계적 물성이 우수한 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 일반적인 블로운 필름 제조방법을 이용하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름 조성물은 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 고압공정으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌 1 내지 50중량%를 포함한다.
한편, 본 발명의 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법은, (a) 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 고압공정으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌 1 내지 50중량%를 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 블로운 필름 제조장치를 이용하여 압출 및 연신하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법은 (a) 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 에틸렌비닐아세테이트, 메탈로센 촉매로 제조된 폴리에틸렌 및 아이오노머로 구성된 군으로부터 선택된 한종 이상의 수지 1 내지 50중량%를 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 블로운 필름 제조장치를 이용하여 압출 및 연신하는 단계를 포함한다.
이하 본 발명의 구성 및 작용을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 LLDPE로 열수축성 필름을 생산하기 위해 복잡한 과정이 필요한 기존 방법의 단점을 보완하여 가공이 용이하고 생산비용이 저렴한 LLDPE 열수축성 필름의 제조방법으로, LLDPE에 LDPE를 50중량% 이하로 블렌딩한 조성물을 팽창비를 2.5 이상으로 가공함으로써, LLDPE 필름이 열수축시 기계수직방향으로 늘어나는 단점을 해소하여 열수축성 필름으로 사용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 본 발명은 기존의 LLDPE나, 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, 이하 HDPE라 칭함) 블로운 필름 기기장치에서 재가열, 재연신의 추가 공정없이 한번의 필름 가공으로 균일한 수축성과 우수한 기계적 성질을 지닌 열수축성 필름을 제조할 수 있도록 한 것이다.
간략히 말해서, 본 발명의 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름 조성물은 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 고압공정으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌 1∼50중량%를 포함하는 것에 특징이 있다. 이때 선형 저밀도 폴리에틸렌은 바람직하기로는 약 0.900 내지 0.935g/cm3밀도와 약 0.6 내지 3.0g/10min의 용융지수를 가진다. 저밀도 폴리에틸렌은 바람직하기로는 약 0.910 내지 0.930g/cm3밀도와 약 0.3 내지 4.0g/10min의 용융지수를 가진다. 또한, 저밀도 폴리에틸렌 대신에 LLDPE의 용융강도를 향상시킬 수 있는 수지인 에틸렌비닐아세테이트, 메탈로센 촉매로 제조된 폴리에틸렌, 아이오노머 등의 수지가 한종 이상 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름은 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 고압공정으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌 1 내지 50중량%를 혼합하고, 그 다음 상기 혼합물을 블로운 필름 제조장치를 이용하여 압출 및 연신하여 제조되는 것에 특징이 있다. 이때 연신공정중 압출수지의 팽창비는 연신 이전의 가교화 공정이나, 또는 압출후 재가열, 재연신 공정없이 2.5 이상으로 유지시키는 것이 바람직하다. 또한, 필름의 냉각선을 높여 연신시의 수지온도가 135℃ 이하로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
유사하게는, 본 발명의 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름은 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, LLDPE의 용융강도를 향상시킬 수 있는 수지인 에틸렌비닐아세테이트, 메탈로센 촉매로 제조된 폴리에틸렌, 아이오노머 등의 한종 이상의 수지 1 내지 50중량%를 혼합하고, 그 다음 상기 혼합물을 블로운 필름 제조장치를 이용하여 압출 및 연신하여 제조된다. 이때 연신공정중 압출수지의 팽창비는 연신 이전의 가교화 공정이나, 또는 압출후 재가열, 재연신 공정없이 2.5 이상으로 유지시키는 것이 바람직하다. 또한, 필름의 냉각선을 높여 연신시의 수지온도가 135℃ 이하로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하지만, 이것이 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
30중량%의 LDPE와 70중량%의 LLDPE, 및 50중량%의 LDPE와 50중량%의 LLDPE를 건조 블렌드에 의해 혼합하였다. LLDPE는 1-옥텐이 공중합체의 중량을 기준으로 약 10중량%를 갖는 에틸렌 선상 공중합체이다. 이 공중합체는 122℃의 융점과 0.9g/10min의 용융지수 및 0.919g/cm3의 밀도를 가졌다. LDPE는 109℃의 융점과 0.3g/10min의 용융지수 및 0.920g/cm3의 밀도를 갖는 저밀도 분지된 에틸렌 단일 중합체이다. 상기의 혼합물을 각각 통상적인 LLDPE 블로운 필름의 생산설비를 이용하여 팽창비를 달리하며 80μm 두께의 필름으로 성형하였다. 이 공정의 상세한 설명은 다음과 같이, 압출온도 220℃에서 압출된 수지를 버블로 블로잉하고 압출속도보다 큰 표면속도로 작동하는 인취 로울(take-up rolls)을 사용하여 5m/min의 속도로 기계방향으로 연신하고, 팽창비를 변화시키면서 기계수직방향의 연신도를 조정하였다. 비교 목적을 위하여 동일한 LLDPE 및 LDPE를 동일한 공정에 적용시켰다. 이러한 시행결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
표 1에서 알 수 있는 바와 같이 LLDPE 단독으로 수축성 필름을 제조할 경우에는 팽창비 3.0 이하에서 기계수직방향의 수축성을 거의 나타내지 않거나, 오히려 기계수직방향으로 늘어나는 현상을 보여 수축성 필름 용도로의 적용이 불가능하나, LLDPE/LDPE(70%/30%, 50%/50%) 블렌드 필름의 경우에는 팽창비 2.9에서 기계수직방향 수축률이 각각 22%와 28%를 보임으로써 수축성 필름 용도로의 상업적 적용이 가능해졌다.
[실시예 2]
30중량%의 LDPE와 70중량%의 LLDPE를 건조 블렌드에 의해 혼합물을 제조하였다. LLDPE는 1-부텐의 공중합체의 중량을 기준으로 약 6중량%를 갖는 에틸렌 선상 공중합체이다. 이 공중합체는 117℃의 융점과 0.6g/10min의 용융지수 및 0.919g/cm3의 밀도를 가졌다. 실시예 1에서 사용되었던 LDPE와 생산공정 및 생산방식이 사용되었다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
표 2에서 알 수 있는 바와 같이 1-부텐과 에틸렌의 선상 공중합체인 LLDPE와 저밀도 분지된 LDPE의 70%/30% 블렌드 필름의 경우에도 팽창비 3.1에서 기계수직방향 수축률이 20%로 증가되어 수축성 필름 용도로의 적용이 가능한 것으로 나타났다.
[실시예 3]
30중량%의 LDPE와 70중량%의 LLDPE 및 50중량%의 LDPE와 50중량%의 LLDPE를 건조 블렌드에 의해 각각의 혼합물을 제조하였다. 실시예 2에서 사용된 것과 같은 LLDPE가 사용되었으며, LDPE는 108℃의 융점과 0.8g/10min의 용융지수 및 0.921g/cm3의 밀도를 갖는 저밀도 분지된 에틸렌 단일 중합체이다. 상기의 혼합물을 HDPE 블로운 필름 생산설비를 이용하여 팽창비를 달리하면서 50μm 두께의 필름으로 제조하였다. 즉 압출온도 205℃에서 압출된 수지를 버블로 블로잉하고 압출속도보다 큰 표면속도로 작동하는 인취 로울을 사용하여 7.5m/min의 속도로 기계방향으로 연신하고, 팽창비를 변화시키면서 기계수직방향의 연신도를 조정하였다. 이러한 시행 결과에 따른 수축률 및 필름 물성을 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
팽창비가 증가됨에 따라 기계수직방향 수축률 및 인장강도 등의 물성이 향상되었으며, 기계방향 인열강도 및 타공 충격강도 또한 향상되었다. 이는 팽창비가 증가됨에 따라 분자들의 기계방향, 기계수직방향 배향이 균형을 이루기 때문인 것으로 나타났다.
[실시예 4]
실시예 3에서 사용된 것과 같은 LLDPE와 LDPE를 사용하였으며, 30중량%의 LDPE와 70중량%의 LLDPE를 건조 블렌드에 의해 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 실시예 3에서와 같은 방법으로 필름으로 제조하였으며, 실시예 3과의 차이점은 냉각선의 높이에 따른 수축률 및 필름 물성을 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
표 4에서 알 수 있는 바와 같이 냉각선의 높이를 높여서 필름을 제조한 경우에는 물성의 변화는 없으나, 수축률이 30% 이상 증가하였다.
이상에서 알 수 있듯이, 상기 실시예와 유사한 결과는 기술된 LLDPE 공중합체와 블렌딩된 보다 적은 또는 많은 양의 LDPE로 얻어질 수 있다. 특히 실시예에서 사용된 1-부텐 선상 공중합체의 경우 기존 LDPE에 비해 물성이 우수하므로 기존의 LDPE 수축성 필름에 비해 원가절감 뿐만 아니라 다운 게이징(down gauging)의 가능성도 있어 LLDPE 수축성 필름의 상업적 적용시 경제적 잇점을 제공한다.
Claims (9)
1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 고압공정으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌 1∼50중량%를 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름 조성물.
제1항에 있어서, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 0.900 내지 0.935g/cm3밀도와 0.6 내지 3.0g/10min의 용융지수를 가지며, 저밀도 폴리에틸렌은 0.910 내지 0.930g/cm3밀도와 0.3 내지 4.0g/10min의 용융지수를 가지는 것을 특징으로 하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름 조성물.
제1항에 있어서, 상기 저밀도 폴리에틸렌 대신 에틸렌비닐아세테이트, 메탈로센 촉매로 제조된 폴리에틸렌 및 아이오노머로 구성된 군으로부터 선택된 한종 이상의 수지가 사용됨을 특징으로 하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름 조성물.
(a) 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 고압공정으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌 1 내지 50중량%를 혼합하는 단계; 및
(b) 상기 혼합물을 블로운 필름 제조장치를 이용하여 압출 및 연신하는 단계를 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 연신공정중 압출수지의 팽창비를 2.5 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 필름의 냉각선을 높여 연신시 수지온도가 135℃ 이하로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법.
(a) 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된 코모노머를 5∼20중량% 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 99∼50중량%와, 에틸렌비닐아세테이트, 메탈로센 촉매로 제조된 폴리에틸렌 및 아이오노머로 구성된 군으로부터 선택된 한종 이상의 수지 1 내지 50중량%를 혼합하는 단계; 및
(b) 상기 혼합물을 블로운 필름 제조장치를 이용하여 압출 및 연신하는 단계를 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 연신공정중 압출수지의 팽창비를 2.5 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 필름의 냉각선을 높여 연신시 수지온도가 135℃ 이하로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 선형 저밀도 폴리에틸렌 열수축성 필름의 제조방법.
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