KR20060056224A - 차단성이 우수한 나노복합체 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차단성이 우수한 나노복합체 조성물에 관한 것으로, 특히 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 나노복합체 및 상용화제를 포함하여 기계적 강도가 우수하고, 산소차단성, 유기용매차단성 및 습기차단성의 내화학적 차단성이 우수할 뿐만 아니라, 단층, 다층 중공성형을 통하여 차단성이 뛰어난 필름,용기 또는 시트로 제조할 수 있다.
차단성 나노복합체 조성물, 폴리프로필렌 수지, 층상점토화합물, 산소차단성, 유기용매차단성, 습기차단성

Description

차단성이 우수한 나노복합체 조성물{Nanocomposite composition having high barrier property}
도 1은 본 발명에 따른 차단성 나노복합체 조성물로부터 제조된 성형품의 모폴로지(morphology)를 도시한 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 폴리프로펠렌 연속상 11 : 나노복합체 불연속상
본 발명은 차단성이 우수한 나노복합체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적 강도가 우수하고, 산소차단성, 유기용매차단성, 및 습기차단성과 같은 내화학적 차단성이 우수할 뿐만 아니라, 단층, 다층 중공성형을 통하여 필름, 용기 또는 시트로 제조할 수 있는 나노복합체 조성물에 관한 것이다.
폴리프로필렌 수지는 내열성, 내약품성, 수증기 차단성 등이 뛰어나며 이를 이용한 중공성형 용기는 강성, 내충격성도 뛰어나기 때문에, 식품용기, 세제용기나 의료용 수액용기 등에 널리 사용되고 있다. 그러나, 이와 같이 뛰어난 성질을 가지는 폴리프로필렌 중공성형 용기는 수증기 차단성은 뛰어나지만 산소 및 유기용매에 대한 차단성은 불충분하다는 문제점이 있다. 특히 식품용기 및 수액용기에서는 내용물의 변질을 방지하기 위해서 높은 차단성이 요구되므로 식품 용기 등을 제조할 때는 공압출(co-extrusion), 라미네이션(lamination), 코팅(coating) 등을 통하여 다른 재질의 층과의 다층으로 제조되고 있다.
한편, 우수한 가스차단성과 투명성으로 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH, ethylene-vinyl alcohol) 및 폴리아미드(polyamide)계 수지는 다층 성형 수지 제품에 가스차단 기능을 제공한다. 그러나, 상기 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 및 폴리아미드계 수지는 일반 범용수지보다 가격이 비싸기 때문에 제품내의 함량이 제한되며, 다층 용기에서 제조 비용을 줄이기 위해 에틸렌-비닐알코올 및 폴리아미드계 수지층은 가능한 한 얇게 만들어야 했다.
상기와 같은 다층 플라스틱 용기의 비용절감을 위하여 에틸렌-비닐알코올 및 폴리아미드계 수지와 저가의 폴리올레핀을 혼련(compounding)시키는 방법이 제안되었으나, 상기 성분과 폴리올레핀과의 상용성이 적어 블렌드하기가 어렵다. 에틸렌-비닐알코올 및 폴리아미드계 수지가 불완전하게 블렌드된 상태에서 제조된 필름이나 시트는 기계적 물성이 저하된다는 문제점이 있다.
미국특허 제 4,971,864호, 미국특허 제 5,356,990호, 유럽특허 제 15,556호, 및 유럽특허 제 210,725호는 폴리에틸렌을 무수말레산(maleic anhydride)과 그래프트시킨 상용화제를 사용하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 이는 산소투과억제능 및 기계적 강도를 증가시키는 장점은 있으나, 에틸렌-비닐알코올, 폴리아미드계 수지, 및 아이오노머의 친수적인 특성상 수분차단성이 약하고, 최외곽층에 소수성 수 지를 다층 가공해야 하는 단점이 있으며, 효과적인 차단성 모폴로지를 구현하기 위한 적절한 가공조건이 없다는 문제점이 있다.
차단성 모폴로지를 효과적으로 구현하기 위하여 차단성수지와 층상점토화합물의 나노복합체를 이용하는 것에 대한 관심이 고조되고 있다.
나노복합체(nanocomposite)는 미국특허 제 4,739,007호, 제 4,618,528호, 제 4,874,728호, 제 4,889,885호, 제 4,810,734호, 제 5,385,776호에 개시된 바와 같이 올리고머, 고분자, 또는 이들의 블렌드 등의 고분자 매트릭스(matrix polymer)에 나노 크기의 층상점토화합물의 완전박리(fully exfoliated), 부분박리(partially exfoliated), 층간 삽입(intercalated), 부분삽입(partially intercalated) 형태의 박층(patelets), 또는 박층들이 분산되어 있는 박리체(exfoliated nanocomposite), 적층형 층간 삽입체(tactoidal nanocomposite), 또는 이들의 혼합물이 분산된 복합체를 의미한다.
일반적으로 나노복합체 제조 기술은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.
하나는 상기에서 설명한 폴리아미드(polyamide)계 나노복합체의 제조방법으로, 중합법에 의하여 유기화 점토화합물 층간에 단량체를 삽입시키고, 층간 중합을 거쳐 점토화합물 박편을 분산시키는 방법이다. 그러나 이 방법은 양이온 중합이 가능한 경우만 이용될 수 있다는 단점이 있다.
다른 하나는 용융 컴파운딩법으로 용융상태의 고분자쇄를 층상 점토 화합물의 층간으로 삽입시키고, 이를 기계적 혼합에 의해 박리시키는 방법이다. 이 방법의 예는 폴리스티렌 나노복합체의 제조(R.A. Vaia등, Chem.Mater., 5, 1694(1993)), 폴리프로필렌 나노복합체의 제조(M.Kawasumi등, Macromolecules, 30, 6333(1997)), 및 나일론 6 나노복합체의 제조 (미국 특허 제 5,385,776호) 등에 개시되어 있다.
그러나 상기한 방법으로 제조된 차단성 수지 나노복합체만을 사용한 성형품도 차단성 상승효과가 미미하다는 점에서 문제점이 있다.
따라서, 기계적 강도 및 내화학적 차단성이 우수하고, 성형 후에도 효과적인 차단성 모폴로지를 유지할 수 있는 나노복합체 조성물에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫번째 기술적 과제는 폴리프로필렌의 투명성을 유지하면서도 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체를 단독으로 사용하는 경우의 차단성 한계를 극복하고, 기계적 강도가 우수하고, 산소차단성, 유기용매차단성, 및 습기차단성의 내화학적 차단성이 우수할 뿐만 아니라 단층, 다층 중공성형으로 차단성 필름, 용기 또는 시트를 제조할 수 있는 나노복합체 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 두번째 기술적 과제는 상기 나노복합체 조성물로부터 제조된 용기 또는 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1태양에서는
a) 폴리프로필렌 수지 40 내지 97중량부; 및
b) 폴리프로필렌/층상점토화합물(clay) 나노복합체 3 내지 60중량부가 건조 혼합된 나노복합체 조성물을 제공한다.
본 발명의 한 구현예에 따르면 상기 폴리프로필렌 수지는 프로필렌의 호모폴리머, 프로필렌과 에틸렌의 랜덤 코폴리머, 및 복합수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 나노복합체에 포함되는 층상점토화합물은 몬트모릴로나이트(montmorllonite), 벤토나이트(bentonite), 카올린나이트(kalinite), 마이카(mica), 헥토라이트(hectorite), 불화헥토라이트(fluorohectorite), 사포나이트(saponite), 베이델라이트(beidelite), 논트로나이트(nontronite), 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트(vermiculite), 할로사이트(hallosite), 볼콘스코이트(volkonskoite), 석코나이트(suconite), 마가다이트(magadite), 및 케냐라이트(kenyalite)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에서는 상기 나노복합체 조성물로부터 성형된 차단성 물품을 제공한다.
본 발명의 한 구현예에 따르면 상기 차단성 물품은 용기, 필름 또는 시트일 수 있다.
본 발명에서는 층상점토화합물을 폴리프로필렌 내부에 나노 크기로 분산시켜 나노복합체를 제조한 결과, 폴리프로필렌 수지 내부의 기체 및 액체 투과 경로를 길게 하여 폴리프로필렌 수지의 수분차단성과 액체차단성을 증가시키며, 연속상인 폴리프로필렌의 용융강도를 증가시켜 중공성형시 패리슨의 처짐(sagging)을 억제하는 가공적 장점도 가지게 된다. 그러나 폴리프로필렌 나노복합체만을 사용할 경우에는 클레이의 분산형태가 랜덤하여 방향성이 없다. 본 발명은 폴리프로필렌 나노복합체를 점도가 다른 폴리프로필렌 연속상에 건조혼합한 상태로 성형기에 투입함으로써 성형시 연신 효과에 의해 클레이가 동일한 방향으로 배향되어 차단성효과를 극대화 시킬 수 있다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 나노복합체 조성물은 a) 폴리프로필렌 수지 40 내지 97중량부 및 b) 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체 3 내지 60중량부가 건조 혼합된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 상기 a)의 폴리프로필렌계 수지는 프로필렌의 호모폴리머, 코폴리머, 메탈로센 폴리프로필렌, 및 호모폴리머 또는 코폴리머에 탈크, 난연제 등을 첨가하여 일반 폴리프로필렌의 물성을 강화한 복합 수지로 이루어지는 군으로부터 1종 이상이 선택되어 사용될 수 있다. 여기서 복합 수지란 프로필렌의 호모폴리머, 코폴리머 등의 베이스에 탈크, 난연제 등을 첨가하여 일반 폴리프로필렌의 물성을 강화한 폴리프로필렌을 의미한다. 상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수(M.I)는 ASTM D1238 조건(230℃, 하중 2160g)에서 1.3 내지 15.0인 것이 바람직하다. M.I가 1.3 미만일 경우에는 가공성이 저하되어 용융성형이 어려우며, 15.0을 초과할 경우에는 패리슨(parion)의 처짐(sagging) 현상이 일어나서 성형에 바람직하지 못하다.
상기 폴리프로필렌 수지는 나노복합체 조성물에 40 내지 97 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 60 내지 95 중량부로 포함된다. 상기 폴리프로필렌 수지 함량이 40중량부 미만이면 투명성 유지의 어려움이 있으며, 97중량부를 초과하면 차단성 상승효과가 미미하다.
본 발명의 상기 b)의 폴리프로필렌/층상점토화합물의 나노복합체에 사용되는 층상점토화합물은 유기물이 층상점토화합물의 층간 사이에 개재되어 있는 유기화된 층상점토화합물인 것이 바람직하다. 상기 층상점토화합물 내의 유기물 함량은 1 내지 45중량%인 것이 바람직하다.
상기 층상점토화합물은 몬트모릴로나이트(montmorllonite), 벤토나이트(bentonite), 카올린나이트(kalinite), 마이카(mica), 헥토라이트(hectorite), 불화헥토라이트(fluorohectorite), 사포나이트(saponite), 베이델라이트(beidelite), 논트로나이트(nontronite), 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트(vermiculite), 할로사이트(hallosite), 볼콘스코이트(volkonskoite), 석코나이트(suconite), 마가다이트(magadite), 및 케냐라이트(kenyalite)로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것이 바람직하며, 유기물은 4차 암모늄(quaternary ammonium), 포스포늄(phosphonium), 말레이에이트(maleate), 석시네이트(succinate), 아크릴레이트(acrylate), 벤질릭 하이드로젠(benzyic hydrogens), 및 옥사졸린(oxazoline), 디메틸디스테아릴암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 작용기를 포함하는 유기물인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 b)의 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체 제조에 사용되는 폴리프로필렌은 프로필렌의 호모폴리머, 에틸렌과의 랜덤 코폴리머, 및 복합수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 용융지수(M.I)는 ASTM D1238 조건(230℃, 하중 2160g)에서 1.3 내지 15.0인 것이 바람직하다. M.I가 1.3 미만일 경우에는 가공성이 저하되어 용융성형이 어려우며, 15.0을 초과할 경우에는 패리슨(parion)의 처짐(sagging) 현상이 일어나서 성형에 바람직하지 못하다.
상기 b)의 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체는 3 내지 60 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 내지 40 중량부로 포함되는 것이다.
상기 나노복합체의 함량이 3중량부 미만이면 차단성 향상 효과가 미미하고, 60중량부를 초과하면 차단성 모폴로지 구현의 어려움이 있다.
상기 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체는 층상점토화합물 함량에 따라 불연속상인 차단성 수지가 도 1에 나타낸 모폴로지(morphology)를 구현하는데 유리한 조건을 부여한다. 즉 도 1은 본 발명에 따른 나노복합체 조성물로부터 제조된 성형품의 단면을 개략적으로 도시한 것으로, 폴리프로필렌 연속상(10)에 나노복합체 불연속상(11)이 위치한 형태인데, 이 때 층상점토화합물이 불연속상인 폴리프로필렌 나노복합체 내부에 미세하게 박리될수록 뛰어난 차단효과를 발휘한다. 이는 차단성수지인 폴리프로필렌 매트릭스 내부에 미세하게 박리된 층상점토화합물이 차단막을 형성하게 되어 차단성수지 자체의 차단성 및 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하게 되며, 궁극적으로 조성물의 차단성, 및 기계적 물성을 향상시키는 효과까지 얻게 되는 것이다.
따라서, 본 발명에서는 폴리프로필렌 수지와 층상점토화합물을 혼련(compounding)하여 폴리프로필렌 수지내에 층상점토화합물을 나노크기로 분산시켜 고분자 사슬과 층상점토화합물과의 접촉 면적을 최대화하여 가스투과 억제능 및 액체투과 억제능을 극대화한다.
본 발명에서 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체중 폴리프로필렌과 층상점토화합물의 중량비는 58.0: 42.0 내지 99.9: 0.1이며, 바람직하게는 85.0: 15.0 내지 99.0: 1.0이다. 상기 폴리프로필렌의 중량비가 58.0 미만이면 층상점토화합물의 국부적인 뭉침 현상이 발생하여 분산이 적절하게 이루어지지 못하고, 폴리프로필렌의 중량비가 99.9를 초과하면 차단성 상승효과가 미미해서 바람직하지 못하다.
상기 범위를 벗어나 폴리프로필렌 함량이 너무 적으면 층상점토화합물의 국부적인 뭉침현상이 나타나 분산이 용이하지 못하고, 폴리프로필렌 함량이 너무 많으면 층상점토 화합물의 분산에 따른 차단성 상승효과가 미미하다.
상기한 a) 폴리프로필렌 수지 및 b) 폴리프로필렌/층상점토화합물이 건조 혼합된 나노복합체 조성물을 중공성형(blow molding), 압출성형(extrusion molding), 사출성형(injection molding), 또는 압공성형(thermoforming)하여 단층 또는 다층의 용기(bottle), 시트 또는 필름으로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 성형품은 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있다.
다단 공정에 의한 제조방법
단축압출기, 동방향회전 이축압출기, 이방향회전 이축압출기, 연속혼련기, 유성기어 혼련기, 회분식 혼련기 등의 고분자 재료 혼련기를 이용하여 상기 b)의 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체를 제조한 후, 이를 상기 a)의 매트릭스 수지(폴리프로필렌)와 일정 비율로 건조 혼합한 후 최종 제품을 성형하기 위한 가공기기 내에 곧바로 투입하여 최종 성형품을 제조하는 방법이 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예에서 사용한 재료는 다음과 같다:
PP : LG 칼텍스 정유사 제품 R724, R754 사용
클레이: SUD CHEMIE사(독일) SE3000 사용
열안정제: 송원산업의 제품 IR 1010 사용
제조예 1(폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체 제조)
폴리프로필렌 랜덤 코폴리머 (폴리프로필렌과 에틸렌의 코폴리머, R724, M.I : 1.9 ASTM D1238, 230℃, 2160g 하중 조건) 97중량%를 이축압출기(SM 플라텍 동방향 회전 이축 압출기, Φ40)의 주호퍼에 투입하고, 층상점토화합물로 유기화된 몬트모릴로나이트(SE3000) 3 중량% 및 상기 폴리프로필렌 랜덤 코폴리머와 유기화된 몬트모릴로나이트를 합한 양 100중량부에 대하여 열안정제 IR 1010 0.1중량부를 주호퍼에 동시 투입한 후 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체를 펠릿 형태로 제조하였다. 이때 압출 온도는 200-210-210-210-210-210-205 ℃이고, 스크류 속도는 300 rpm이고, 토출조건은 40 ㎏/hr였다.
실시예 1 (2축 연신 중공 성형)
상기 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 나노복합체 20중량부, 및 폴리프로필렌(R754) 80중량부를 건조 혼합기(명우분체 시스템 Double cone mixer, MYDCM-100) 내에 투입하여 30분간 혼합한 다음 , 2축연신 중공성형기의 주호퍼에 투입하여 210-240-240-240℃의 가공온도 및 사출압력 50kg/cm2의 조건하에서 표면온도 23oC의 금형에 사출한 다음 패리슨(parion)을 금형으로부터 꺼내었다. 패리슨은 연신 경부 24.0mmφ, 연신 동체부 길이 40mm의 것으로, 동체부 두께는 3.5mm이었다. 성형조건으로서는 사출시간 6.7초, 냉각시간 2.3초로 하여 금형으로부터 꺼내었다. 패리슨 동체부의 표면 온도는 105℃였다. 얻어진 고온의 패리슨을 중공 금형에 넣고 패리슨의 내부에 연신 로드를 도입하여 패리슨의 저부를 종방향으로 연신하고, 종 연신의 끝 부근에서 10kgf/cm2의 압축 공기를 5초간 취입하여 2축 연신 보틀로 하였다. 이때 중공 금형의 온도는 13℃이며, 취입 후 냉각하고 중공 성형 금형으로부터 꺼내었다. 얻어진 용기(bottle)은 동체연신부 높이 약 90mm, 지름은 약 60mmφ의 것이었다 . 두께는 동체부가 약 0.5mm였다.
실시예 2(다이렉드 중공 성형)
상기 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 나노복합체 20중량부, 및 폴리프로필렌(R754) 80중량부를 건조 혼합기(명우분체 시스템 Double cone mixer, MYDCM-100) 내에 투입하여 30분간 혼합한 다음 중공성형기의 주호퍼에 투입하여 200- 220-200-200℃의 가공온도 및 압출량 10kg/hr로 패리슨을 형성하였다. 그런 다음 패리슨을 25℃의 금형안으로 투입하고 금형을 닫은 상태에서 공기를 취입한 후 냉각하고 금형으로부터 꺼내었다. 패리슨은 내경 36mm, 외경 40mm의 것으로 동체부 두께는 약 2mm였다. 성형조건으로서는 얻어진 패리슨을 중공성형 금형에 넣고, 압축공기를 5kgf/cm2, 20초간 취입하여, 횡 방향으로 연신해서 용기를 성형하였다. 얻어진 용기는 내부 높이 140mm, 직경 80mmφ이었다. 두께는 동체부가 약 0.5mm였다.
실시예 3(다이렉드 중공 성형)
상기 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 나노복합체 20중량부는 벨트형 피더(K-TRON 1호기), 및 폴리프로필렌(R754) 80중량부는 벨트형 피더(K-TRON 2호기)로 중공성형기의 주호퍼내에 건조혼합상태로 투입하여 200-220-200-200℃의 가공온도 및 압출량 10kg/hr로 패리슨을 형성하였다. 그런 다음 패리슨을 25℃의 금형안으로 투입하고 금형을 닫은 상태에서 공기를 취입한 후 냉각하고 금형으로부터 꺼내었다. 패리슨은 내경 36mm, 외경 40mm의 것으로 동체부 두께는 약 2mm였다. 성형조건으로서는 얻어진 패리슨을 중공성형 금형에 넣고, 압축공기를 5kgf/cm2, 20초간 취입하여, 횡 방향으로 연신해서 용기를 성형하였다. 얻어진 용기는 내부 높이 140mm, 직경 80mmφ이었다. 두께는 동체부가 약 0.5mm였다.
실시예 4(다이렉드 중공 성형)
상기 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 나노복합체 5중량부는 벨트형 피더(K-TRON 1호기), 및 폴리프로필렌(R754) 95중량부는 벨트형 피더(K-TRON 2호기)로 중공성형기의 주호퍼내에 건조혼합상태로 투입하여 200-220-200-200℃의 가공온도 및 압출량 10kg/hr로 패리슨을 형성하였다. 그런 다음 패리슨을 25℃의 금형안으로 투입하고 금형을 닫은 상태에서 공기를 취입한 후 냉각하고 금형으로부터 꺼내었다. 패리슨은 내경 36mm, 외경 40mm의 것으로 동체부 두께는 약 2mm였다. 성형조건으로서는 얻어진 패리슨을 중공성형 금형에 넣고, 압축공기를 5kgf/cm2, 20초간 취입하여, 횡 방향으로 연신해서 용기를 성형하였다. 얻어진 용기는 내부 높이 140mm, 직경 80mmφ이었다. 두께는 동체부가 약 0.5mm였다.
실시예 5(다이렉드 중공 성형)
상기 제조예 1에서 제조한 폴리프로필렌 나노복합체 45중량부는 벨트형 피더(K-TRON 1호기), 및 폴리프로필렌(R754) 55중량부는 벨트형 피더(K-TRON 2호기)로 중공성형기의 주호퍼내에 건조혼합상태로 투입하여 200-220-200-200℃의 가공온도 및 압출량 10kg/hr로 패리슨을 형성하였다. 그런 다음 패리슨을 25℃의 금형안으로 투입하고 금형을 닫은 상태에서 공기를 취입한 후 냉각하고 금형으로부터 꺼내었다. 패리슨은 내경 36mm, 외경 40mm의 것으로 동체부 두께는 약 2mm였다. 성형조건으로서는 얻어진 패리슨을 중공성형 금형에 넣고, 압축공기를 5kgf/cm2, 20초간 취입하여, 횡 방향으로 연신해서 용기를 성형하였다. 얻어진 용기는 내부 높이 140mm, 직경 80mmφ이었다. 두께는 동체부가 약 0.5mm였다.
비교예 1
폴리프로필렌(R754) 만으로 된 펠릿을 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 용기를 제조하였다.
비교예 2
폴리프로필렌(R754)만으로 된 펠릿을 사용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 용기를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 불연속상으로는 층상점토화합물인 유기화된 몬트모릴로나이트를 사용하지 않고 폴리프로필렌(R724)만을, 연속상으로는 불연속상과 점도가 다른 폴리프로필렌(R754)을 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예 4
상기 실시예 2에서 불연속상으로는 층상점토화합물인 유기화된 몬트모릴로나이트를 사용하지 않고 폴리프로필렌(R724)만을, 연속상으로는 불연속상과 점도과 다른 폴리프로필렌(R754)를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실험예
상기 실시예 1과 2 및 비교예 1 내지 4에서 중공성형한 용기를 이용하여 하기의 방법으로 액체차단성 및 기체차단성을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타 내었다.
액체차단성
톨루엔, 제초제인 데시스(deltametrine 1% + 유화제, 안정제, 용제, 경농㈜), 살충제인 밧사(BPMC 50% + 유화제, 용제 50 %), 및 물을 상기 실시예 1과 2, 및 비교예 1 내지 4에서 중공성형한 용기에 각각 500g씩 채운 후, 50 ℃의 강제배기환경에서 30 일 동안 내용물의 중량 변화율을 측정하였다.
산소 및 수분 차단성(㏄/㎡.일.기압)
상기 실시예 1과 2, 및 비교예 1 내지 4에서 중공성형한 용기를 1 일 동안 23 ℃의 온도, 및 50 %의 상대 습도 조건에서 방치한 후, 가스투과율 측정기(Mocon OX-TRAN 2/20, U.S.A)를 이용하여 측정하였다.
실시예 및 비교예의 산소 및 수분 차단성
산소투과도 (cm2/m2.24hrs.atm) 수분투과도 (g/m2.24hrs)
실시예1 364.7 0.94
실시예2 528.3 1.01
실시예3 545.1 1.02
실시예4 1103.8 0.91
실시예5 285.4 1.07
비교예1 1234.9 1.11
비교예2 1518.3 1.26
비교예3 1130.6 1.07
비교예4 1285.3 1.14
실시예 및 비교예의 액체차단성
구분 액체차단성 (%)
상온(25℃)에서의 중량변화율 고온(50℃)에서의 중량변화율
톨루엔 톨루엔 데시스 밧사 물
실시예 1 0.84 3.28 1.58 0.96 0.0034
실시예 2 1.26 4.53 1.89 1.22 0.0038
실시예 3 1.28 4.62 1.90 1.24 0.0037
실시예 4 2.61 5.08 2.77 1.54 0.0047
실시예 5 0.52 2.14 1.05 0.91 0.0047
비교예 1 2.84 6.40 2.89 1.57 0.0049
비교예 2 3.32 8.30 3.18 2.55 0.0051
비교예 3 2.65 5.14 3.20 1.84 0.0057
비교예 4 2.88 6.17 3.62 2.42 0.0068
상기 표 1에 보듯이, 본 발명에 따른 폴리프로필렌과 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체 및 상용화제를 포함하는 실시예 1 또는 2의 나노복합체 조성물로부터 제조된 성형체는 비교예 1 내지 4의 성형체와 비교하여 액체차단 효과 및 기체차단 효과가 우수함을 확인할 수 있었다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 나노복합체 조성물은 기계적 강도가 우수하고, 산소차단성, 유기용매차단성, 및 습기차단성의 내화학적 차단성이 우수할 뿐만 아니라 단층, 다층 중공성형을 통하여 차단성이 뛰어난 용기, 시트 및 필름을 제조할 수 있다.

Claims (11)

  1. a) 폴리프로필렌 수지 40내지 97 중량부; 및
    b) 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체 3 내지 60 중량부가 건조 혼합된 나노복합체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 a)의 폴리프로필렌 수지가 프로필렌의 호모폴리머, 랜덤 코폴리머, 및 복합수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 나노복합체 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 b)의 나노복합체에 포함되는 층상점토화합물이 몬트모릴로나이트(montmorllonite), 벤토나이트(bentonite), 카올린나이트(kalinite), 마이카(mica), 헥토라이트(hectorite), 불화헥토라이트(fluorohectorite), 사포나이트(saponite), 베이델라이트(beidelite), 논트로나이트(nontronite), 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트(vermiculite), 할로사이트(hallosite), 볼콘스코이트(volkonskoite), 석코나이트(suconite), 마가다이트(magadite), 및 케냐라이트(kenyalite)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 나노복합체 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 b)의 나노복합체에 포함되는 층상점토화합물이 층상점 토화합물 내에 1 내지 45 중량%의 유기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노복합체 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유기물이 4차 암모늄(quaternary ammonium), 포스포늄(phosphonium), 말레이에이트(maleate), 석시네이트(succinate), 아크릴레이트(acrylate), 벤질릭 하이드로젠(benzyic hydrogens), 및 옥사졸린(oxazoline), 디메틸디스테아릴암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기를 포함하는 유기물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 나노복합체 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 a)의 폴리프로필렌 수지와 상기 b)의 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체에 포함되는 폴리프로필렌의 용융지수(M.I)가 ASTMD1238(2160g, 230℃)의 조건에서 3 내지 15g/분인 것을 특징으로 하는 나노복합체 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 b)의 폴리프로필렌이 프로필렌의 호모폴리머, 코폴리머, 메탈로센 폴리프로필렌, 및 호모폴리머 또는 코폴리머에 탈크, 난연제 등을 첨가하여 일반 폴리프로필렌의 물성을 강화한 복합 수지로 이루어지는 군으로부터 1종 이상이 선택된 것을 특징으로 하는 나노복합체 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 b)의 폴리프로필렌/층상점토화합물 나노복합체에서 폴 리프로필렌 대 층상점토화합물의 중량비가 58.0 : 42.0 내지 99.9: 0.1인 것을 특징으로 하는 나노복합체 조성물.
  9. 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 따른 나노복합체 조성물을 성형하여 제조된 차단성 물품.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 물품이 용기, 필름, 파이프 또는 시트인 것을 특징으로 하는 차단성 물품.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 물품이 중공성형, 압출성형, 압공성형 또는 사출성형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 차단성 물품.
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