KR20080066265A - 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를 이용한필름의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를 이용한 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리올레핀계 수지, 무기충진제, 무기난연제, 활제, 산화방지제 및 이산화티타늄을 포함하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를 이용한 필름의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조성물을 이용하여 제조한 필름은 기계적 강도와 통기성은 유지하면서 우수한 난연성을 가지므로 각종 의류용품, 건축자재 등에 효과적으로 적용될 수 있다.
폴리올레핀 수지, 무기난연제, 난연성, 통기성
Description
본 발명은 난연통기성 필름용 컴파운드 조성물 및 이를 이용한 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리올레핀계 수지, 무기난연제, 활제, 산화방지제 및 이산화티타늄을 포함하는 조성물 및 이를 이용하여 난연성이 우수한 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 폴리올레핀 수지 및 무기충진제를 이용하여 제조되는 통기성 또는 다공성 필름은 각종 위생 용품, 의료 용품, 건축자재 및 전지 격리막 등의 재료로 널리 이용되고 있으며, 이러한 필름의 제조와 관련된 다양한 방법들이 알려져 있다. 상기 통기성 또는 다공성 필름을 제조하는 방법으로 여러 가지가 알려져 있으나, 그 중에서도 경제성이 가장 높고 현재 상업화가 진행되어 있는 방법은 폴리올레핀 수지에 무기충진제를 혼합하여 필름을 성형한 후, 일축 또는 이축 연신에 의해 수지와 충진제 사이의 계면 분리를 통해 미세한 구멍을 형성시키는 방법이다.
보다 구체적으로 상기 필름을 형성하는 종래 기술들을 검토하여 보면, 첫번 째 방식으로서 유럽공개특허 제66,672호(1982), 동 특허 제307,116호(1988), 동 특허 제 459,142호(1991), 또는 동 특허 제 779,325호(1997) 등에서 나타나는 바와 같이 폴리올레핀과 무기충진제에 지방산류 성분을 첨가하여 필름의 유연성을 증가시키거나, 또는 필름의 종적 방향과 횡적 방향의 물성상의 불균형을 해소하는 방법을 들 수 있다. 이러한 첨가제의 사용은 압출 과정에서 고함량의 무기충진제의 혼합과 분산을 가능하게 하며, 필름 가공시 균일한 연신물을 생산할 수 있도록 하는데 중요한 역할을 하고 있다.
또한, 상기 방식과는 구별되는 것으로 유럽공개특허 제232,060호(1987)에 나타난 바와 같이 필름의 후가공 시에 엠보 처리와 같은 특정 기술을 사용함으로써 통기성 필름의 기계적 강도를 조절하거나 혹은 미국특허 제 4,777,073호에 나타난 바와 같이 투습도를 증가시키고 인열 강도를 향상시키는 방법도 알려져 있다.
그러나 상기의 방식은 필름의 통기성을 부여하기 위하여 탄산칼슘과 같은 무기물을 사용하고 있지만, 무기물 자체의 난연성을 제외하고는 필름 자체의 난연효과를 나타내지 않기 때문에 난연성이 요구되는 용도에 적용하기에는 한계를 갖고 있다.
한편, 보다 최근에는 난연 통기성 필름을 제조하기 위하여 할로겐타입의 난연제를 첨가하여 사용하는 경우가 있으나, 할로겐타입의 난연제는 인체유해물질로 규정되어 인체에 접촉되는 용도에의 사용이 규제될 전망이다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 폴리올레핀계 수지에 고온에서 화학반응에 의한 물을 생성하는 무기난연제를 첨가하여 사용함으로써, 필름제조 및 연신시 계면 분리에 의한 미세구멍 생성을 통하여 통기성이 부여되고, 화염에 노출되는 경우에는 무기난연제에서 화학반응에 의한 물이 발생되어 난연성을 발현하는 필름을 제공하기에 이르렀다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면은 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로 하여 무기난연제 50 내지 200 중량부, 무기충진제 0 내지 200 중량부, 활제 0.05 내지 3 중량부, 산화방지제 0.01 내지 3 중량부, 및 이산화티타늄 0 내지 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 한 측면은 상기 조성물을 이용하여 난연 통기성 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 난연 통기성 필름을 제조하기 위해 사용되는 조성물의 제1성분으로는 폴리올레핀계 수지가 포함된다. 상기 폴리올레핀계 수지로는 최종 제품의 요구 물성에 따라 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, α-올레핀계 폴리머, 호모 폴리프로필렌, 랜덤 폴리프로필렌, 또는 임팩트 폴리프로필렌 중 1종 또는 2종 이상이 혼합된 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 필름용 조성물의 제2성분으로 무기충진제가 포함되는데, 탄산칼슘, 황산 바륨 또는 이들의 혼합물이 무기충진제로 사용될 수 있으며, 제1성분인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 0 내지 200 중량부의 양으로 조성물에 포함되는 것이 바람직하다. 나아가 상기 무기충진제는 평균 입도가 0.7 내지 5 ㎛의 범위의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 평균 입도가 0.7 ㎛보다 작으면 통기성 컴파운드 제조 시에 혼련성이 떨어져 원하는 물성을 나타낼 수 없는 문제점이 발생할 수 있고, 평균 입도가 5 ㎛보다 크면 통기성 필름 제조 시에 구멍 발생 빈도가 증가하여 불량 발생이 증가될 우려가 있기 때문이다. 한편, 상기 무기 충진제는 코팅하지 않은 상태로 사용하거나 또는 선택적으로 스테아린산을 포함하는 지방산 또는 스테아린산 염을 포함하는 지방산 금속염으로 코팅하여 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 필름용 조성물의 제3성분인 무기난연제로는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있는데, 그 함량은 제1성분인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 50 내지 200 중량부의 양으로 조성물에 포함되는 것이 바람직하다. 무기난연제의 첨가량이 50 중량부보다 작으면 화염에 노출시 난연효과가 미미할 수 있고, 200 중량부보다 크면 난연효과는 크지만 경제성이 문제가 될 수 있기 때문이다. 보다 바람직하게는, 무기난연제가 제1성분인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 50 내지 100 중량부로 본 발명의 조성물에 포함될 수 있다.
나아가 상기 무기난연제는 평균입도가 0.5 내지 5 ㎛의 범위의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 평균 입도가 0.5 ㎛보다 작으면 혼련성이 떨어져 원하는 물성을 나타낼 수 없고, 평균 입도가 5 ㎛보다 크면 통기성 필름 제조 시에 구멍 발생 빈도가 증가하여 불량 발생이 증가되는 문제가 있다.
본 발명의 가장 특징적인 성분이라 할 수 있는 무기난연제는 판상형의 무기입자로 폴리올레핀과 함께 혼합 제조 후 연신필름 제조시 계면간 박리가 가능하고 필름의 통기성을 발현할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명에 사용되는 무기난연제는 단일 분자 내에 2 개 이상의 수산기가 있고, 분해 및 탈수개시온도가 수산화마그네슘의 경우 340℃, 수산화알루미늄의 경우 230℃이므로, 화염 등 고온에 노출 시에는 하기 반응식 1 또는 반응식 2와 같은 화학 분해반응에 의하여 수분이 생성됨으로써 보다 효과적인 난연성을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 필름용 조성물의 제4성분으로 포함되는 것은 가공상의 활제로서, 특별히 제한되는 것은 아니나 보다 구체적인 예로서는 스테아린산 칼슘 또는 스테아린산 아연을 들 수 있으며, 이들이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 활제는 제1성분인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 0.05 내지 3 중량부의 양으로 포함될 수 있는데, 이는 상기 활제의 양이 0.05 중량부 보다 작으면 가공시 활제의 역할을 충분히 할 수 없고 3 중량부 보다 크면 통기성 필름 성형 시 다이 빌드-업(Die Build-up) 현상이 심하게 나타나 생산 효율이 감소할 수 있기 때문이 다.
본 발명에 따른 필름용 조성물의 제5성분으로 포함되는 것은 산화방지제로서 특별히 제한되는 것은 아니나, 페놀계 산화방지제나 인산계 산화방지제를 단독 또는 두 가지를 동시에 사용할 수 있다. 상기 산화방지제의 보다 바람직한 사용량은 제1성분인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 0.01 내지 3 중량부인데, 그 양이 0.01 중량부 보다 작으면 산화방지 효과를 바라는 만큼 나타낼 수 없고, 3 중량부 보다 크면 산화방지 효과의 증가를 더 이상 기대할 수 없어서 비효율적이기 때문이다.
본 발명에 따른 필름용 조성물의 제6성분으로 포함되는 이산화티타늄은 필름의 백색도나 은폐력을 증가시키기 위해 첨가하는 것으로서 상기 제1성분인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 0 내지 3 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 컴파운드 조성물을 T-다이 압출기로 필름상으로 압출하면서 일축 또는 이축 연신하면, 통기성 필름의 기계적 물성이 개선됨과 동시에 연신 과정에서 계면 분리로 인하여 통기성을 갖는 동시에, 화재발생시 필름 내에 함유된 무기난연제에서 수분이 발생하여 난연효과를 나타내는 통기성 필름이 제조된다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명에 관하여 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 하기 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.
실시예
1
압출 온도가 평균 190℃로 유지되는 이축 압출기를 사용하여 선형저밀도 폴리에틸렌(SK㈜, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=옥텐) 50 중량부, 선형저밀도 폴리에틸렌(한화, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=부텐) 20 중량부, LDPE(엘지화학, M.I.=7.5, 결정화도=0.5) 25.4 중량부, 무기난연제(Fi-metal, 수산화마그네슘) 30 중량부, 페놀계 산화방지제(코오롱유화, Grade명=KB9112C,) 0.3 중량부, 스테아린산 아연과 스테아린산 칼슘 (두본화학) 각각 0.15 중량부 및 이산화티탄(P&P, 50%) 1 중량부를 수퍼 믹서로 혼합한 후 주 주입구로 투입하고, 평균입자 크기가 1.2 ㎛이고 스테아린산으로 표면 처리된 탄산칼슘(도아, MCD1) 70 중량부를 측면 주입구로 투입하면서 용융 혼합하여 압출시켜 펠렛 형태로 제조하였다. 이렇게 제조된 컴파운드를 압출기 스크류 직경이 130 mm인 T-다이 필름 성형기를 사용해 기계방향으로 2배 일축 연신하여 평량이 46 g/m2 인 통기성 필름을 제조하였다.
실시예
2
압출 온도가 평균 190℃로 유지되는 이축 압출기를 사용하여 선형저밀도 폴리에틸렌(SK㈜, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=옥텐) 50 중량부, 선형저밀도 폴리에틸렌(한화, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=부텐) 20 중량부, LDPE(엘지화학, M.I.=7.5, 결정화도=0.5) 25.4 중량부, 무기난연제(Fi-metal, 수산화마그네슘) 60 중량부, 페놀계 산화방지제(코오롱유화, Grade명=KB9112C) 0.3 중량부, 스테아린산 아연과 스테아린산 칼슘 (두본화학) 각각 0.15 중량부 및 이산화 티탄(P&P, 50%) 1 중량부를 수퍼 믹서로 혼합한 후 주 주입구로 투입하고, 평균입자 크기가 1.2 ㎛이고 스테아린산으로 표면 처리된 탄산칼슘(도아, MCD1) 40 중량부를 측면 주입구로 투입하면서 용융 혼합하여 압출시켜 펠렛 형태로 제조하였다. 이렇게 제조된 컴파운드를 압출기 스크류 직경이 130 mm인 T-다이 필름 성형기를 사용해 기계방향으로 2배 일축 연신하여 평량이 46 g/m2 인 통기성 필름을 제조하였다.
실시예
3
압출 온도가 평균 190℃로 유지되는 이축 압출기를 사용하여 선형저밀도 폴리에틸렌(SK㈜, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=옥텐) 50 중량부, 선형저밀도 폴리에틸렌(한화, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=부텐) 20 중량부, LDPE(엘지화학, M.I.=7.5, 결정화도=0.5) 25.4 중량부, 무기난연제(Fi-metal, 수산화마그네슘) 100 중량부, 페놀계 산화방지제(코오롱유화, Grade명=KB9112C) 0.3 중량부, 스테아린산 아연과 스테아린산 칼슘 (두본화학) 각각 0.15 중량부 및 이산화티탄(P&P, 50%) 1 중량부를 수퍼 믹서로 혼합한 후 주 주입구로 투입하면서 용융 혼합하여 압출시켜 펠렛 형태로 제조하였다. 이렇게 제조된 컴파운드를 압출기 스크류 직경이 130 mm인 T-다이 필름 성형기를 사용해 기계방향으로 2배 일축 연신하여 평량이 46 g/m2 인 통기성 필름을 제조하였다.
실시예
4
압출 온도가 평균 190℃로 유지되는 이축 압출기를 사용하여 선형저밀도 폴 리에틸렌(SK㈜, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=옥텐) 50 중량부, 선형저밀도 폴리에틸렌(한화, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=부텐) 20 중량부, LDPE(엘지화학, M.I.=7.5, 결정화도=0.5) 25.4 중량부, 무기난연제(Fi-metal, 수산화마그네슘) 150 중량부, 페놀계 산화방지제(코오롱유화, Grade명=KB9112C) 0.3 중량부, 스테아린산 아연과 스테아린산 칼슘 (두본화학) 각각 0.15 중량부 및 이산화티탄(P&P, 50%) 1 중량부를 수퍼 믹서로 혼합한 후 주 주입구로 투입하고, 평균입자 크기가 1.2 ㎛이고 스테아린산으로 표면 처리된 탄산칼슘(도아, MCD1) 40 중량부를 측면 주입구로 투입하면서 용융 혼합하여 압출시켜 펠렛 형태로 제조하였다. 이렇게 제조된 컴파운드를 압출기 스크류 직경이 130 mm인 T-다이 필름 성형기를 사용해 기계방향으로 2 배 일축 연신하여 평량이 46 g/m2인 통기성 필름을 제조하였다.
비교예
1
압출 온도가 평균 190℃로 유지되는 이축 압출기를 사용하여 선형저밀도 폴리에틸렌(SK㈜, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=옥텐) 50 중량부, 선형저밀도 폴리에틸렌(한화, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=부텐) 20 중량부, LDPE(엘지화학, M.I.=7.5, 결정화도=0.5) 28.4 중량부, 페놀계 산화방지제(코오롱유화, Grade명=KB9112C) 0.3 중량부, 스테아린산 아연과 스테아린산 칼슘 (두본화학) 각각 0.15 중량부 및 이산화티탄(P&P, 50%) 1 중량부를 수퍼 믹서로 혼합한 후 주 주입구로 투입하고, 평균입자 크기가 1.2 ㎛이고 스테아린산으로 표면 처리된 탄산칼슘(도아, MCD1) 100 중량부를 측면 주입구로 투입하면서 용융 혼합하여 압출시켜 펠렛 형태로 제조하였다. 이렇게 제조된 컴파운드를 압출기 스크류 직경이 130 mm인 T-다이 필름 성형기를 사용해 기계방향으로 2배 일축 연신하여 평량이 46 g/m2 인 통기성 필름을 제조하였다.
비교예
2
압출 온도가 평균 190℃로 유지되는 이축 압출기를 사용하여 선형저밀도 폴리에틸렌(SK㈜, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=옥텐) 50 중량부, 선형저밀도 폴리에틸렌(한화, M.I.=2.0, 밀도=0.919, 공중합 단량체=부텐) 20 중량부, LDPE(엘지화학, M.I.=7.5, 결정화도=0.5) 28.4 중량부, 페놀계 산화방지제(코오롱유화, Grade명=KB9112C) 0.3 중량부, 스테아린산 아연과 스테아린산 칼슘 (두본화학) 각각 0.15 중량부 및 이산화티탄(P&P, 50%) 1 중량부를 수퍼 믹서로 혼합한 후 주 주입구로 투입하고, 평균입자 크기가 1.2 ㎛이고 스테아린산으로 표면 처리된 탄산칼슘(도아, MCD1) 150 중량부를 측면 주입구로 투입하면서 용융 혼합하여 압출시켜 펠렛 형태로 제조하였다. 이렇게 제조된 컴파운드를 압출기 스크류 직경이 130 mm인 T-다이 필름 성형기를 사용해 기계방향으로 2 배 일축 연신하여 평량이 46 g/m2 인 통기성 필름을 제조하였다.
상기 실시예와 비교예를 통하여 제조된 통기성 필름의 투습도, 강도 및 난연성 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 항목 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 평량 (g/m2) | 46 | 46 | 46 | 46 | 46 | 46 |
| MD25% 강도(gf/in) | 230 | 235 | 230 | 190 | 230 | 180 |
| MD파단강도(gf/in) | 355 | 340 | 350 | 300 | 350 | 290 |
| MD파단신율(%) | 125 | 110 | 112 | 81 | 120 | 78 |
| 투습도(cc/m2/day) | 3000 | 2900 | 2940 | 4000 | 2800 | 3800 |
| 난연성1 )(sec) | 30 | 10 | 5 | 2 | 계속 연소 | 계속 연소 |
1) 난연성 평가 : 프레스 성형기를 이용하여 1mm 두께의 sheet를 제조한 후 10mm(너비)×100mm(길이) 시편을 제조함. 버너의 불꽃을 수직으로 4cm가 되게 하고, 샘플을 불꽃 끝에 수직으로 5초간 유지한 후 버너를 제거하고 샘플에 옮겨 붙은 불이 꺼지는 데에 소요되는 시간을 측정하였음.
상기 실시예 1-4 및 비교예 1-2의 결과를 나타낸 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 무기난연제를 포함하는 컴파운드 조성물을 압출 성형하여 제조한 샘플의 경우, 동일한 두께에서 상대적으로 우수한 난연 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
본 발명의 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물을 이용하여 형성된 필름은 조성물 내에 포함된 무기난연제의 미세 입자적인 특성과 고온에서 수분생성으로 인하여 필름 자체의 통기성과 동시에 우수한 난연성을 제공할 수 있다.
Claims (8)
- 폴리올레핀계 수지 100 중량부, 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여 50 내지 200 중량부의 무기난연제, 0 내지 200 중량부의 무기충진제, 0.05 내지 3중량부의 활제, 0.01 내지 3중량부의 산화방지제, 및 0 내지 3 중량부의 이산화티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, α-올레핀계 수지, 호모 폴리프로필렌, 랜덤 폴리프로필렌, 및 임팩트 폴리프로필렌으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기난연제는 수산화 마그네슘 또는 수산화알루미늄이며, 평균 입도가 0.5 내지 5 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물
- 제 1항에 있어서, 상기 무기충진제는 탄산 칼슘, 황산 바륨, 또는 이들의 혼합물이며, 평균 입도가 0.7 내지 5 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기충진제는 스테아린산을 포함하는 지방산 또는 스테아린산 염을 포함하는 지방산 금속염으로 코팅된 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 활제는 스테아린산 칼슘, 스테아린산 아연, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제, 인산계 산화방지제, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름용 컴파운드 조성물.
- 상기 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 T-다이 압출기로 필름 형태로 압출하면서 일축 또는 이축 연신하는 것을 특징으로 하는 난연 통기성 필름의 제조방법.
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