KR20090069636A - 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents

투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트 및 그 제조 방법

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KR20090069636A
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Abstract

본 발명은 트레이로 성형한 후에도 우수한 투명성 및 대전방지성능을 보유할 수 있을 뿐 아니라 생분해성이 우수하여 친환경적인 대전방지시트와 그 제조방법 및 이를 이용한 대전방지처리 트레이에 관한 것으로, 상기 본 발명의 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트는 생분해성 대전 방지 시트에 있어서 상기 시트는 폴리유산(Polylactic acid) 또는 폴리유산 99.9 내지 90.0 중량부와 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르 0.1 내지 10.0 중량부로 구성되어 성형되고, 성형된 시트의 일면 또는 양면에 대전방지코팅액이 0.01 내지 1g/㎡으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 폴리유산계 생분해성 대전방지시트로 우수한 대전방지 기능을 보유하면서도 방오 기능의 불소 수지와 폴리우레탄 수지를 적정량 혼합한 대전방지 코팅 조성물이 시트에 도포되어 물이나 알코올로 세정 시, 상기 대전방지층의 대전방지제가 탈락하거나 용해되는 일이 없으며, 또한 투명성 및 뛰어난 이형성과 방오기능을 갖추고 있는 유용한 발명이다.

Description

투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트 및 그 제조 방법{Biodegradable sheet having an antistatic finishing property and excellent transparency and manufacturing method thereof}
본 발명은 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 트레이로 성형한 후에도 우수한 투명성 및 대전방지성능을 보유할 수 있을 뿐 아니라 생분해성이 우수하여 친환경적인 대전방지시트와 그 제조방법 및 이를 이용한 대전방지처리 트레이에 관한 것이다.
산업화의 발달과 더불어 합성 플라스틱은 그 적용분야가 전 산업 분야로 확대되어 이를 이용한 제품 및 그 생산량이 기하급수적으로 늘어나고 있는 실정이다. 특히, 합성 플라스틱은 그 뛰어난 물성과 함께 값싸고 가벼운 특성으로 인하여 현대인의 생활에 없어서는 안 될 포장재로 전 세계에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 그러나, 이러한 특성을 가지고 있는 합성 플라스틱은 그 장점이자 단점인 분해가 잘 되지 않는 문제로 인하여 환경오염 문제를 일으키는 주범으로 지목되고 있으며, 따라서 최근 각국에서 이에 대한 해결책을 찾으려 관심을 모으고 있다. 그 동안은 통상적으로 매립, 소각 및 재생이라는 방법을 주로 활용해 왔으나, 폐기된 합성 플라스틱이 종래의 방법에 따라 매립처리될 때 자연분해가 되지 않는다는 문제점으로 인하여 여전히 지구환경에 심각한 문제를 유발할 수 있으며, 또 다른 종래의 처리법인 소각 및 재활용의 방법의 경우에 있어서도 처리시 대기중으로 유해 물질의 발생 등의 문제점이 있어, 상기한 종래의 일반적인 처리 방법으로는 환경오염 문제를 완전히 해결할 수가 없다는 단점이 있었다.
따라서, 상기한 환경오염의 문제점을 근원적으로 해결하기 위하여 사용이 완료된 플라스틱이 스스로 분해가 가능하도록 만드는 소위 분해성 플라스틱 개발에 관심이 집중되고 있다. 현재 다양한 기술과 원료로부터 여러 종류의 분해성 플라스틱이 개발되었으며, 이중 폴리유산 (polylactic acid; 이하 "PLA"라 함)은 L-유산의 발효법 개발에 의해 대량으로 또한 값싸게 제조되고 있으며, 퇴비화 조건에서 분해속도가 빠르고, 곰팡이에 대한 저항성, 식품에 대한 내착취성 등 우수한 특징을 보유해 그 이용 분야의 범위가 확대되고 있다. PLA는 현재 각국에서 용도에 적합한 특성을 부여하기 위해 다양한 시도가 이루어지고 있다. 이 중에서 전자부품용 트레이 분야에서는 정전기발생을 억제하는 대전방지기능이 가장 핵심기술이며, 기존의 합성플라스틱으로 이루어진 대전방지 시트의 경우 일반적으로 음이온계 화합물을 이용한 내부첨가법, 도전성 무기입자를 도포하는 방법, 저분자형 음이온성 또는 양이온성 화합물을 도포하는 방법, 전도성 고분자를 도포하는 방법 등이 있다. 이와 같은 방법을 PLA에 적용할 경우 상기 술포네이트 및 유기 포스페이트와 같은 음이온 화합물을 이용한 내부첨가법은 저렴한 비용, 경시변화나 안정성이 우수한 장점이 있지만 PLA시트 지지체 고유의 광학적 특성을 저해하는 단점과 대전방지효과의 한계가 있으며, 저분자형 음이온성 또는 양이온성 화합물을 이용한 도포법은 대전방지효과가 비교적 양호하고 제조비용 측면에서 유리하므로 매우 광범위하게 적용되고 있지만, 대전방지 한계가 있어 대략 109Ω/sq 이하의 표면저항을 얻을 수 없고, 대기 중의 수분과 결합하여 대전방지성을 나타내는 특성으로 인해 대기 중의 수분 함량이 낮은 경우에는 대전방지성이 크게 저하되며, 용매 저항성이 매우 나쁘고 또한 다른 면으로의 전사 가능성이 있다는 단점 때문에 적용이 크게 제한된다. 전도성 고분자를 도포하는 방법의 경우 물 및 유기용매에 용해되는 폴리아닐린, 폴리피롤 또는 폴리티오펜 등의 전도성 고분자가 개발되면서 이에 대한 응용 연구가 많이 이루어지고 있다. 이 중 일반적인 방법은 도핑이 완료된 전도성 고분자를 만든 후 이를 적당한 용매로 시트 표면에 코팅하는 방법이다. 이때 적당한 바인더를 함께 용해시켜 코팅층의 접착력 또는 표면경도 등의 기계적 성질을 증진시키기도 한다. 그의 일례로서 필름의 경우 미국특허 제4,959,430호에서는 전도성 고분자 단량체의 일종인 3,4-에틸렌디옥시티오펜(3,4-ethylenedioxythiophene)과 산화제인 페릭톨루엔술포네이트(Iron(Ⅲ) p-toluenesulfonate) 및 이들로부터 합성된 전도성 고분자인 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜(3,4-polyethylenedioxythiophene)을 개시하였는데 구체적으로, 3,4-에틸렌디옥시티오펜과 페릭톨루엔술포네이트를 상온에서 혼합한 후 가열하여 푸른색의 전도성 고분자인 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜을 제조하였다. 합성된 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜이 물에 분산되어 있는 형태로 시판되기도 하는데 3,4-에틸렌디옥시티오펜과 페릭톨루엔술포네이트를 혼합하여 상온에서 오랜 시간 방치하면 중합반응이 일어날 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 반응 억제제인 이미다졸(imidazole)을 소량 혼합하기도 하였다. 또한, 일본공개특허 제(평)1-313521호에서는 폴리(3,4-디알콕시티오펜)과 폴리 음이온으로 이루어진 전기전도성 중합체를 3,4-디알콕시티오펜을 폴리 음이온 존재 하에 산화 중합시켜 얻을 수 있으며 높은 전기전도성, 높은 화학적 안정성 및 막 형성시의 도막의 높은 투명성을 갖는 전도성 고분자를 제안하였다. 그러나 이러한 전기전도성 중합체를 함유하는 코팅액을 PLA시트 기재에 도포하는 경우, 기재에 대한 밀착성, 투명성, 내수성, 내용제성 및 전기전도성의 모든 성능을 동시에 만족시키는 도막을 얻는 것은 쉬운 것이 아니다. 특히 도막의 내수성을 향상시키기 위해 결합제 수지를 가교제로 가교 결합시키는 방법 등이 시도되고 있다. 또 다른 예로 일본공개특허 제(평)6-73271호에서는 폴리(3,4-디알콜시티오펜)과 폴리 음이온으로 이루어진 전기전도성 중합체 층과 이에 인접하는 층의 밀착성을 향상시킬 목적으로 에폭시 그룹을 갖는 알콕시실란 화합물이 사용되고 있지만 도막에 내수성을 부여하는 데 어려움이 있었다. 또 다른 예로 한국등록특허 10-0729754에서는 생분해성시트에 수용성 폴리아닐린, 수용성 폴리피롤, 수용성 폴리티오펜, 폴리(3,4-에틸렌티오펜) 또는 이들의 유도체나 공중합물과 π-공액계 전기 전도성 고분자, 아크릴-우레탄 공중합 바인더, 결합기능성 가교제 및 고연신 기능성 고분자로 이루어진 조성물을 코팅한 시트를 제안하고 있으나 이 방법은 트레이 성형시 연신에 따른 대전방지감소효과를 방지하기 위해 고연신 기능성 고분자를 적용하였으며, 이 경우 PLA시트의 광학적 특성이 나빠지는 문제가 있으며, 가교제로 사용된 다관능성 아지리딘의 경우 충분한 가교효과를 나타내기 위해서는 장시간의 열경화시간이 필요한 것으로 되어있으나, 실제 시트공정에서는 적용이 불합리한 상황이다. 또한, 코팅조액의 용매로 물 및 유기용매를 사용하는 것으로 되어 있으나, 물과 유기용매의 사용량이 명확하지 않다. 유기용매를 많이 사용할수록 건조공정 측면에서 유리하나, 일반 시트공정에서는 유기용매를 적용하기에는 적합하지 않은 부분이 다수이며, 일반적으로 물을 주용매로 사용하고 있기 때문이다.
상술한 여러 가지 대전방지 타입을 이용한 생분해성 대전방지 트레이에 대한 최근 연구 진행상황을 보면 물 용매를 사용하여, 짧은 경화시간에서 대전방지시트를 생산해야 하며, 이렇게 생산된 시트는 트레이 성형 후에도 충분한 대전방지기능을 보유하고 있어야 한다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 생분해성 대전방지 시트의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특히 우수한 투명성을 지니고 트레이 성형 후에도 충분한 대전방지기능을 보유한 생분해성 대전방지 시트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 특성을 지닌 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트의 용이한 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 특성을 지닌 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트를 사용한 트레이를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트는;
생분해성 대전 방지 시트에 있어서, 상기 시트는 폴리유산(Polylactic acid) 또는 폴리유산 99.9 내지 90.0 중량부와 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르 0.1 내지 10.0 중량부로 구성되어 성형되고, 성형된 시트의 일면 또는 양면에 대전방지코팅액이 0.01 내지 1g/㎡으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 폴리유산은 락틱산(lactic acid)를 중합시켜 얻어지는 것으로 L-락트산, D-락트산 또는 L,D-락트산으로 구성되며, 분자량은 10,000 이상인 것으로, 이들이 단독 혹은 복합으로 사용된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 지방족 폴리에스테르는 지방족 성분으로 ROOC-(CH2)n-COOR'(여기서, R, R'은 수소 또는 알킬기이고, n은 2 내지 14의 정수임)구조의 디카르복실산 또는 그 유도체로부터 선택된 1종 이상이고, 글리콜류로 HO-(CH2)n-OH (n은 2이상)구조의 디올 또는 (폴리)알킬렌글리콜 또는 하기 일반식(1)로 표현되는 구조의 지방족 2가 알콜류로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 혼합물임을 특징으로 한다;
상기 일반식(1)에서 R1은 C2 내지 C8의 알킬렌기이며, R2는 C2 내지 C8의 알킬기이다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 방향족-지방족 폴리에스테르는 방향족 성분으로 ROOC-Ar-COOR'(R, R'은 수소 또는 알킬기)구조의 디카르복실산 또는 그 유도체로부터 선택된 1종 이상이고, 지방족 성분으로 ROOC-(CH2)n-COOR'(여기서, R, R'은 수소 또는 알킬기이고, n은 2 내지 14의 정수임)구조의 디카르복실산 또는 그 유도체로부터 선택된 1종 이상이고, 글리콜류는 HO-(CH2)n-OH (n은 2이상)구조의 디올 또는 (폴리)알킬렌글리콜 또는 상기 일반식(1)로 표현되는 구조의 지방족 2가 알콜류로 이루어지는 군에서 선택된 것을 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 대전방지코팅액은 전도성 고분자수지 100 중량부에 대하여 폴리우레탄수지 100 내지 1,000 중량부, 가교제 100 내지 1,000 중량부 및 불소수지 30 내지 300 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 전도성 고분자 수지는 폴리음이온과 폴리티오펜의 수분산체 또는 폴리음이온과 폴리티오펜 유도체의 수분산체인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 폴리우레탄수지는 수분산 타입이며, 하이드록실기, 아민기, 카르복실기로 이루어진 관능기에서 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 가교제는 이소시아네이트계, 카보닐이미드계, 옥사졸린계, 에폭시계 및 멜라민계로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 불소수지는 테트라플로로에틸렌계 수지인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 대전방지코팅액은 고형분이 0.1 내지 10.0중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 생분해성 대전 방지 트레이는 폴리유산(Polylactic acid) 또는 폴리유산 99.9 내지 90.0 중량부와 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르 0.1 내지 10.0 중량부로 구성되어 성형되고, 성형된 시트의 일면 또는 양면에 대전방지코팅액이 0.01 내지 1g/㎡으로 형성되어 있는 시트를 사용하여 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 구성에 있어서, 상기 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르의 함량이 10.0 이상으로 되면 시트의 투명성을 확보하기 어렵고, 다이에서 압출되는 전체 용융 폴리머의 유동을 제어하기가 어려울 뿐 아니라 분해성이 떨어져 바람직하지 않다.
또한, 만일 상기 본 발명에 따른 대전방지코팅액이 0.01g/㎡ 이하로 형성되면 코팅층의 피막형성 및 대전방지 기능을 발현하기에 충분하지 못하여 바람직하지 않고, 1g/㎡ 이상으로 형성되면 필름의 투명성에 영향을 주어 바람직하지 않다.
상기 본 발명에 따른 지방족 폴리에스테르로 사용되는 지방족 디카르복실산 또는 그 유도체인 ROOC(CH2)nCOOR'(R, R'은 수소 또는 알킬기, n은 2 내지 14의 정수임)의 구조를 가지는 것으로 자세하게는 숙신산, 글루탈산, 말론산, 옥살산, 아디프산, 세바신산, 아젤라산, 노난디카르복실산과 이들의 알킬 또는 아릴에스테르유도체를 들 수 있으며, 상기 HO-(CH2)n-OH(n은 2 이상임) 구조의 글리콜류는 자세하게는 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올이나 프로필렌글리콜, 1,4-시클로헥산디올, 헥사메틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 테트라메틸렌글리콜로 구성되는 알킬렌글리콜이나 폴리알킬렌글리콜을 들 수 있고, 상기 일반식(1)로 표현되는 분지구조를 형성할 수 있는 지방족 2가 알콜로는 자세하게는 1,2-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,2-펜탄디올, 1,3-펜탄디올, 1,4-펜탄디올, 1,2-헥산디올, 1,3-헥산디올, 1,4-헥산디올, 1,5-헥산디올, 1,2-옥탄디올, 1,3-옥탄디올, 1,4-옥탄디올, 1,5-옥탄디올, 1,6-옥탄디올을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 구성에 따른 상기 방향족-지방족 폴리에스테르의 방향족 성분으로 상기 ROOC-Ar-COOR' 구조의 디카르복실산 또는 그 유도체로 자세하게는 테레프탈산, 프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌 2,6-디카르복실산, 디페닐술폰산디카르복실산, 디페닐메탄디카르복실산, 디페닐에테르디카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 시클로헥산디카르복실산, 또는 이들의 알킬렌에스테르를 들 수 있고, 지방족 성분과 글리콜류는 상술한 바와 같다.
기타 첨가물로는 2차 가공성을 향상시킬 목적으로 가소제로 에테르 에스테르계 가소제나 옥시산 에스테르계, 글리콜계 가소제가 가능하며 구체적으로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 솔비톨, 글리세린(글리세롤), 메톡시폴리에틸렌 글리콜, 트리-n-부틸 시트레이트 등이 있다. 이들 혼합물 2종류 이상을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
핵제로는 탈크(Talc)를 포함한 이산화티탄, 실리카, 카올린, 탄산칼슘, 알루미나, 지르코니아, 제올라이트 등의 무기입자가 사용될 수 있으며, 본 핵제에 사용된 무기입자는 유기 윤활제와 병행하여 사용되는데 유기 윤활제로는 지방족 탄화수소계 윤활제나 지방족 아미드(amide)계 윤활제 등이 사용된다.
또한, 필름으로 성형 시 용융장력의 저하시킬 목적으로 가교제가 사용되는데 본 수지에 첨가될 수 있는 가교제로는 유기 과산화물 화합물, 금속 착제, 에폭시 화합물, 이소시아네이트 화합물 등이 사용된다. 이외에 용도에 따라 자외선 방지제, 항균/항취제, 열안정제, 광안정제, 난연제, 대전 방지제, 산화방지제, 안료 등의 물질을 첨가물로 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 폴리유산계 생분해성 대전방지시트로 우수한 대전방지 기능을 보유하면서도 방오 기능의 불소 수지와 폴리우레탄 수지를 적정량 혼합한 대전방지 코팅 조성물이 시트에 도포되어 물이나 알코올로 세정 시, 상기 대전방지층의 대전방지제가 탈락하거나 용해되는 일이 없으며, 또한 투명성 및 뛰어난 이형성과 방오기능을 갖추고 있는 유용한 발명이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의하여 보다 자세하게 설명한다.
본 발명은 투명성이 우수한 생분해성 대전방지시트에 대한 것으로, 사용되는 시트 기재는 폴리유산 또는 폴리유산과 폴리유산을 제외한 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르로 이루어진 시트이다. 폴리유산 단독으로 이루어진 시트의 경우 우수한 광학적 특성이 그대로 나타나는 형태이나, 폴리유산의 단점이 부서지기 쉬운(brittle) 특성에 따라 트레이 성형과정이나 트레이 유통과정에서 충격에 따른 깨짐현상이 발생될 수 있다. 이와 같이 폴리유산의 내충격성을 강화하기 위해 폴리유산을 제외한 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르를 적정량 혼합하여 시트를 압출하는 것이 좋다. 이 경우 폴리유산을 제외한 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르의 적용에 따른 시트의 내충격성향상 및 투명성 저하문제를 동시에 고려해야 하기 때문에 적정 투입량으로 조절하는 것이 중요하다. 지방족 폴리에스테르의 경우 10.0중량부 이상을 투입할 경우 시트의 투명성을 확보키 어려우며, 방향족-지방족 폴리에스테르의 경우 2.0중량부 이상을 투입할 경우 시트의 투명성을 확보키 어렵다. 반대로, 시트의 유연성을 적절히 부여키 위해서는 지방족 폴리에스테르의 경우 2.0중량부 이상, 방향족-지방족 폴리에스테르의 경우 0.1중량부 이상이 투입되어야만 내충격성 향상이 이루어진다. 지방족 폴리에스테르와 방향족-지방족 폴리에스테르 중에서 어느 것을 적용해도 무방하나 지방족 폴리에스테르가 폴리유산과의 상용성이 방향족-지방족 폴리에스테르에 비해 우수하므로 투명성측면에서 유리하며, 반면에 방향족-지방족 폴리에스테르의 경우 유연성측면에서 지방족 폴리에스테르에 비해 유리하다.
대전방지코팅액은 전도성 고분자수지, 폴리우레탄수지, 가교제, 불소수지로 이루어진다. 상기 대전방지코팅액에 대해 상세히 설명하면 본 대전방지 코팅액은 시트의 일면 또는 양면에 도포되며 대전방지층 전도성 고분자수지 100 중량부에 대하여 폴리우레탄수지 100 ~ 1000 중량부, 가교제 100 ~ 1000 중량부 및 불소수지 30 ~ 300 중량부로 이루어진다. 전도성 폴리머수지는 대전방지성을 부여하기 위하여 바람직하게는 폴리음이온과 폴리티오펜의 수분산체 또는 폴리음이온과 폴리티오펜 유도체의 수분산체를 사용한다.
상기 폴리음이온은 산성 폴리머이며, 고분자 카르복실산 또는 고분자 술폰산, 폴리비닐술폰산 등이다. 고분자 카르복실산으로는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리말레산 등이 있으며, 고분자 술폰산으로는 폴리스티렌술폰산 등이 있다. 폴리티오펜 또는 폴리티오펜 유도체에 대하여 폴리 음이온은 고형분 중량비로 과잉으로 존재하게 하는 편이 도전성의 점에서 바람직하고, 폴리티오펜 또는 폴리티오펜 유도체 1중량%에 대하여 폴리 음이온은 1중량%보다는 많고, 5중량% 이하가 바람직하다. 바람직하게는 1중량%보다 많고 3중량% 이하이다. 한편 본 발명에서는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 0.5중량%와 폴리스티렌설폰산(분자량 Mn=150,000) 0.8중량%를 함유하는 중합체의 수분산체를 사용한다. 폴리우레탄수지는 시트에 도포되어 시트기재와 코팅액간의 바인더 역할을 수행함과 동시에 트레이 성형에 따른 트레이간 이형성을 증대하기 위해 첨가되며, 바람직하게는 상기 폴리우레탄수지는 수분산 타입이며, 하이드록실기, 아민기, 카르복실기, 이소시아네이트기, 에폭시기, 옥사졸린기 등의 관능기가 적어도 1종 이상 포함되어 있는 수지를 사용한다.
한편, 첨가되는 폴리우레탄 수지의 양은 전도성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 폴리우레탄 수지 100 ~ 1000 중량부를 첨가할 수 있다. 만일 폴리우레탄 수지의 폴리우레탄 수지의 첨가량이 100 중량부 미만이면 바인더역할 및 이형성 기능을 발현할 수 없게 되고, 1000 중량부를 초과하면 대전방지 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
가교제는 대전방지층과 시트 기재와의 내용제성 및 도막성능을 향상하기 위하여 사용되며, 바람직하게는 이소시아네이트계, 카보닐이미드계, 옥사졸린계, 에폭시계 및 멜라민계로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 사용할 수 있다.
한편, 첨가되는 가교제의 양은 전도성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 가교제 수지 100 ~ 1000 중량부를 첨가할 수 있다. 만일 가교제 수지의 첨가량이 100 중량부 미만이면 대전방지성이 발현되기 어려운 경우가 있고, 내용제성이 약하여 백화현상이 발생될 수가 있다. 또, 1000 중량부를 초과하면 투명성은 양호하지만 대전방지성이 발현되기 어려워지는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
불소 수지는 시트 기재에 도포되어 상기 시트의 방오성, 수접촉각 및 내용제성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 폴리4불화에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 4불화 에틸렌, 퍼불화 알킬비닐에테르 공중합체(Perfuo alkyl), 3불화 에틸렌, 6불화프로필렌 공중합체(Fluorinated ethylene copolymer propylene), 에틸렌, 4불화에틸렌, 공중합체 클로로 3불화에틸렌, 4불화에틸렌 공중합체 (Ethylenetetrafuoroethylene copolymer), 클로로 3불화에틸렌, 4불화에틸렌 공중합체 (Polytetrafluoroethylene copolymer), 폴리불화 비닐(Polyvinyli fluoride), 폴리불화 비닐리덴 (Polyvinylidene fluoride) 등이 있으며, 바람직하게는 테트라플로로에틸렌을 사용한다.
또한, 첨가되는 불소 수지의 양은 전도성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 불소 수지 30 ~ 300 중량부를 첨가할 수 있다. 만일 불소 수지의 첨가량이 30 중량부 미만이면 방오성이 저하되고, 300 중량부를 초과하면 시트의 투명성이 저하되고 대전방지 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
상술한 본 발명의 대전방지 코팅액은 전체 코팅액 100중량%에 대하여 고형분의 함량이 0.1 내지 10.0 중량%가 되도록 제조되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 고형분의 함량이 1.0 내지 5.0중량%가 되도록 제조될 수 있다. 상기 고형분의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 코팅층의 피막형성 및 대전방지 기능을 발현하기에 충분하지 못하고, 10.0 중량%를 초과하면, 필름의 투명성에 영향을 주어 바람직하지 않다.
한편, 상기 대전방지 코팅액에 사용되는 용매는 바람직하게는 실질적으로 물을 주 매체로 하는 수성 코팅액이다. 본 발명에 사용되는 코팅액은 도포성의 향상, 투명성의 향상 등의 목적으로, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 정도의 적정량의 유기용매를 함유해도 좋다. 예컨데, 이소프로필알콜, 부틸셀로솔브, t-부틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 아세톤, 에탄올, 메탄올 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 하지만, 코팅액 중에 다량의 유기용매를 함유시키면, 인라인 코팅법에 적용할 경우에 건조, 연신 및 열처리 공정에서 폭발의 위험성이 있으므로 그 함유량은 코팅액 중에 10중량% 이하이고, 바람직하게는 5중량%이하이다.
코팅공정은 시트 적어도 일면 또는 양면에 제조된 대전방지 코팅액을 도포하여 대전방지층을 형성한다. 구체적으로, 대전방지 코팅액을 도포하는 방법으로는 특별한 제한은 없으나 메이어바(meyer bar)방식, 그라비아 방식, 스프레이(Spray) 방식 등이 사용되며, 도포하기 전에 시트 표면에 극성기를 도입하여, 코팅층과 시트와의 접착성이나 도포성을 향상시킬 수 있도록 코로나(corona)방전 처리를 하는 것이 바람직하다. 또한, 대전방지 코팅액의 안정성, 젖음성(wetting) 및 도포 레벨링(leveling) 향상을 위하여, 에탄올, 이소프로판올, 이소프로필알코올 등의 알코올류, 에틸셀로솔브, t-부틸셀로솔브 등의 에테르류, 메틸에틸케톤, 아세톤 등의 케톤류, 디메틸에탄올아민 등의 아민류 또는 이온성/비이온성 계면활성제를 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 생분해성 시트의 두께는 통상 100 내지 2000㎛, 바람직하게는 300 내지 1000㎛이다. 상기와 같이 제조된 시트는 투명하면서도 표면의 수접촉각이 90°이상을 나타내고, 온수 및 에탄올로 표면을 닦아낸 후에도 표면저항이 1×1010 Ω/□ 이하의 수치를 가진다.
상술된 바와 같이 본 발명은 폴리유산 및 지방족 폴리에스테르 및/또는 방향족-지방족 폴리에스테르로 이루어진 생분해성 시트기재의 일면 또는 양면에 대전방지 코팅액을 도포하여 형성된 대전방지층으로 인하여 시트의 투명성, 이형성, 발수기능, 방오성을 갖춘 실용화에 적합한 생분해성 대전방지시트인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의하여 좀 더 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정하는 것은 아니다.
먼저 본 발명의 설명을 위해 필요한 측정 및 평가 방법은 아래와 같은 조건에서 행하였다.
(1) 유연성
동일조건으로 제조된 가로 5cm, 세로 5cm 시트 시편의 10개의 시료를 90℃ 이상 10번 반복하여 접어서 깨짐이 0% 내지 10%일 경우에는 ○, 50% 이하일 경우에는 △, 50% 초과일 경우에는 ⅹ로 표시하였다.
(2) 투명성
헤이즈 측정기(AUTOMATIC DIGITAL HAZEMETER, 일본 니폰덴소쿠사 제작)에 10cm X 10cm 크기로 샘플링한 시료 1매를 수직으로 놓고, 수직으로 놓여진 시료의 직각 방향으로 400 ~ 700㎚의 파장을 갖는 빛을 투과시켜 나타난 값을 측정하였다.
이때 헤이즈(Haze) 값은 하기 수학식 1로 산출되었다.
헤이즈(%) = (1- 산란광의 량/광의 총 투과량) × 100
(3) 수접촉각
접촉각 측정기(Kyowa Interface Science Co., Ltd.; 모델명 Dropmaster 300)를 사용하여 이온 교환수를 증류하여 얻은 정제수로 액적법(sessile drop method)에 의하여 수접촉각을 측정하였으며, 서로 다른 위치에서 5회 측정 후 평균값을 취하였다.
(4) 대전방지성
대전방지 측정기(미쯔비시㈜; 모델명 MCP-T600)를 이용하여 온도 23℃, 습도 50%RH의 환경 하에 시료를 설치한 후 JIS K7194에 의거하여 표면저항을 측정하였다.
(5) 이형성
2장의 시트를 포개어 밀착시켜 상온(20~30℃), 상압에서 5mm두께의 철판을 올리고 5kg추를 올려놓아 24시간 압착한 후, 이형 시켰을 때에 접촉표면이 서로 잘 떨어지는지를 상태를 관찰하여 아래와 같이 평가하였다.
○: 접촉표면이 전혀 붙지 않고 쉽게 떨어질 경우
△: 접촉표면이 약간 붙으나 손상이 없이 떨어질 경우
ⅹ: 접촉되어 잘 떨어지지 않거나 표면이 손상될 경우
(6) 내수성
시트를 수도물을 사용하여 흐르는 물에 1분간 방치한 후, 50℃에서 10분간 건조 후 대전방지성과 외관을 아래와 같이 평가하였다.
○: 백탁 현상이 없고 대전방지성의 저하가 없는 경우
△: 백탁 현상이 발생하거나, 대전방지성의 저하되는 경우
ⅹ: 백탁 현상이 발생하고, 대전방지성의 저하되는 경우
(7) 내에탄올성
면봉에 에탄올을 적신 후 면봉의 각도를 45도로 유지하면서 상기 코팅 처리된 시트면을 1N의 하중으로 5cm길이를 5cm/sec의 속도로 10회 왕복시킨 후 코팅 면의 상태를 아래의 기준으로 평가하였다.
○: 대전방지성의 변화가 거의 없고 긁힌 흔적이 없는 경우
△: 대전방지성이 약하게 저하되거나 약간의 긁힌 흔적이 있는 경우
ⅹ: 대전방지성이 없어지는 경우이거나 코팅 면이 벗겨지는 경우
실시예 1
N.W LLC사의 PLA수지 100.0kg으로 용융압출 후 슬립(SLIP)형 다이를 통해 토출시켜 300㎛두께의 시트를 제조하고, 코팅될 시트면에 코로나 방전처리를 실시하여 생분해성 시트를 제조하였다. 코로나 처리된 면에 대전방지액을 고형분으로서 전도성 고분자수지(나가세컴텍사, DENATRON #5002SZ; 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜 0.5중량%와 폴리스티렌술폰산 0.8중량%를 함유하는 수분산체)를 100중량부, 폴리우레탄수지(헵스켐사, HWU-1123A: 하이드록시기, 아민기, 알킬기의 관능기를 포함하는 음이온의 폴리에테르 폴리우레탄 분산체) 200 중량부, 멜라민 가교제(사이텍사, CYMEL385) 200 중량부, 테트라플로로에틸렌(듀퐁사, SLA-NEW) 100 중량부 그리고 계면활성제 수지(일신화학공업사, EXP4051; 아세틸레닉 디올 성분) 2 중량부로 물에 혼합하여 대전방지 코팅액을 제조하였다. 이때 고형분의 함량은 전체 대전방지 코팅액에 대하여 1.5중량%를 함유하도록 하였다. 상기 대전방지 코팅액을 그라비아 코팅방식을 이용하여 상기 제조된 생분해성 시트에 도포하였다. 도포 후, 약 80 ℃ 열풍건조공정에서 약 20초간 도포된 코팅액을 건조시켜 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과 역시 다음 표1에 나타내었다.
실시예 2
전도성고분자 수지(나가세켐텍사)를 100 중량부, 폴리우레탄 수지(헵스켐사) 400 중량부, 에폭시 가교제(나가세켐텍사, DENACOL EX-614) 300 중량부, 불소 수지(듀퐁사) 150 중량부 그리고 계면활성제 수지(일신화학공업사) 2 중량부를 사용하여 전체 고형분 함량이 2.0 중량%가 되도록 대전방지 코팅액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과 역시 다음 표1에 나타내었다.
실시예 3
전도성고분자 수지(나가세켐텍사)를 100 중량부, 폴리우레탄 수지(헵스켐사) 300 중량부, 에폭시 가교제(나가세켐텍사) 500 중량부, 불소 수지(듀퐁사)를 50 중량부 그리고 계면활성제 수지(일신화학공업사) 2 중량부로 혼합하여 사용하여 전체 고형분 함량이 2.5 중량%가 되도록 대전방지 코팅액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과 역시 다음 표1에 나타내었다.
실시예 4
N.W LLC사의 PLA수지 95kg, 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBSA) 5kg으로 용융압출 후 슬립형 다이를 통해 토출시켜 300㎛두께의 시트를 제조하고, 코팅될 시트면에 코로나 방전처리를 실시하여 생분해성 시트를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과 역시 다음 표1에 나타내었다.
실시예 5
N.W LLC사의 PLA수지 99kg, 폴리부틸렌아디페이트-테레프탈레이트(PBAT) 1kg으로 용융압출 후 슬립형 다이를 통해 토출시켜 300㎛두께의 시트를 제조하고, 코팅될 시트면에 코로나 방전처리를 실시하여 생분해성 시트를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과역시 다음 표1에 나타내었다.
비교예 1
대전방지 코팅액의 제조시 폴리우레탄 수지 및 불소 수지를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과 역시 다음 표1에 나타내었다.
비교예 2
대전방지 코팅액의 제조 시 폴리우레탄 수지를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다.
비교예 3
대전방지 코팅액의 제조 시 불소 수지를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다.
비교예 4
N.W LLC사의 PLA수지 85kg, 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBSA) 15kg으로 용융압출 후 슬립형 다이를 통해 토출시켜 300㎛두께의 시트를 제조하고, 코팅될 시트면에 코로나 방전처리를 실시하여 생분해성 시트를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다.
비교예 5
N.W LLC사의 PLA수지 95kg, 폴리부틸렌아디페이트-테레프탈레이트(PBAT) 5kg으로 용융압출 후 슬립형 다이를 통해 토출시켜 300㎛두께의 시트를 제조하고, 코팅될 시트면에 코로나 방전처리를 실시하여 생분해성 시트를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 시트를 제조하였다. 제조된 시트를 통해 유연성, 투명성, 수접촉각, 대전방지성, 이형성, 내수성, 내에탄올성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다. 또한, 본 시트를 진공성형 및 절단을 통해 트레이를 성형하였으며 성형된 트레이의 단면을 통해 투명성과 대전방지성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표1에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
유연성 △ △ △ ○ ○ △ △ △ ○ ○
HAZE(%) 1.0 0.9 1.1 6.5 5.7 1.1 0.9 1.1 30.5 47.1
트레이HAZE(%) 0.9 0.9 1.1 6.2 5.1 1.0 0.9 1.0 29.4 46.1
수접촉각(°) 98 99 95 99 99 61 98 53 59 60
표면저항(Ω/sq) 106 106 106 106 106 106 106 106 106 106
트레이표면저항(Ω/sq) 109 109 109 109 109 109 109 109 109 109
이형성 ○ ○ ○ ○ ○ △ △ ○ △ △
내수성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
내에탄올성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (11)

  1. 생분해성 대전 방지 시트에 있어서, 상기 시트는 폴리유산(Polylactic acid) 또는 폴리유산 99.9 내지 90.0 중량부와 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르 0.1 내지 10.0 중량부로 구성되어 성형되고, 성형된 시트의 일면 또는 양면에 대전방지코팅액이 0.01 내지 1g/㎡으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리유산은 L-락트산, D-락트산 또는 L,D-락트산으로 구성되며, 분자량은 10,000 이상인 것으로, 이들이 단독 혹은 복합으로 사용된 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 지방족 폴리에스테르는 지방족 성분으로 ROOC-(CH2)n-COOR'(여기서, R, R'은 수소 또는 알킬기이고, n은 2 내지 14의 정수임)구조의 디카르복실산 또는 그 유도체로부터 선택된 1종 이상이고, 글리콜류로 HO-(CH2)n-OH (n은 2이상)구조의 디올 또는 (폴리)알킬렌글리콜 또는 하기 일반식(1);
    상기 일반식(1)에서 R1은 C2 내지 C8의 알킬렌기이며, R2는 C2 내지 C8의 알킬기임.
    로 표현되는 구조의 지방족 2가 알콜류로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 혼합물임을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 방향족-지방족 폴리에스테르는 방향족 성분으로 ROOC-Ar-COOR'(R, R'은 수소 또는 알킬기)구조의 디카르복실산 또는 그 유도체로부터 선택된 1종 이상이고, 지방족 성분으로 ROOC-(CH2)n-COOR'(여기서, R, R'은 수소 또는 알킬기이고, n은 2 내지 14의 정수임)구조의 디카르복실산 또는 그 유도체로부터 선택된 1종 이상이고, 글리콜류로 HO-(CH2)n-OH (n은 2이상)구조의 디올 또는 (폴리)알킬렌글리콜 또는 하기 일반식(1);
    상기 일반식(1)에서 R1은 C2 내지 C8의 알킬렌기이며, R2는 C2 내지 C8의 알킬기임.
    로 표현되는 구조의 지방족 2가 알콜류로 이루어지는 군에서 선택된 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 대전방지코팅액은 전도성 고분자수지 100 중량부에 대하여 폴리우레탄수지 100 내지 1,000 중량부, 가교제 100 내지 1,000 중량부 및 불소수지 30 내지 300 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전도성 고분자 수지는 폴리음이온과 폴리티오펜의 수분산체 또는 폴리음이온과 폴리티오펜 유도체의 수분산체인 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 폴리우레탄수지는 수분산 타입이며, 하이드록실기, 아민기, 카르복실기로 이루어진 관능기에서 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 가교제는 이소시아네이트계, 카보닐이미드계, 옥사졸린계, 에폭시계 및 멜라민계로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 불소수지는 테트라플로로에틸렌계 수지인 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 대전방지코팅액은 고형분이 0.1 내지 10.0중량%인 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전방지 시트.
  11. 폴리유산(Polylactic acid) 또는 폴리유산 99.9 내지 90.0 중량부와 지방족 폴리에스테르 또는 방향족-지방족 폴리에스테르 0.1 내지 10.0 중량부로 구성되어 성형되고, 성형된 시트의 일면 또는 양면에 대전방지코팅액이 0.01 내지 1g/㎡으로 형성되어 있는 시트를 사용하여 제조된 것임 특징으로 하는 투명성이 우수한 생분해성 대전 방지 트레이.
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