KR20120053700A - 환경친화형 열접착 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환경친화형 열접착 필름에 관한 것으로, 지방족 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1수지층과, 융점이 60℃ 이상인 생분해성 수지를 포함하는 제2수지층이 적층되어 있는, 본 발명의 일축 또는 이축 연신 열접착 필름은 열접착강도 및 생분해성이 우수하여 식품 포장재, 용기 덮개 및 캔 라미네이션용 열접착 필름으로서 친환경적으로 사용될 수 있다.

Description

환경친화형 열접착 필름 {ENVIRONMENT-FRIENDLY AND HEAT ADHESIVE FILM}
본 발명은 생분해 가능하여 식품 포장재, 용기 덮개 및 캔 라미네이션(can lamination)용으로 유용한 환경친화형 열접착 필름에 관한 것이다.
범용적으로 사용되는 열접착 필름으로는 폴리비닐클로라이드(PVC), 공압출 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, low-density polyethylene), 무연신 폴리프로필렌(CPP, cast polypropylene) 등을 들 수 있다.
상술한 열접착 필름은 모두 출발물질이 석유계에서 시작하는데, 특히 PVC는 폐기 시(소각 시) 다이옥신 등과 같은 유해물질을 발생시켜 비친환경적이다. LDPE는 실란트(sealant) 필름으로 사용되나, 기계적 특성이 떨어지고 내열성이 나빠 레토르트(retort) 처리되는 식품 포장에는 사용되기 어렵다. 또한, CPP는 내충격성 및 내열성은 양호하나 생분해되지 않아 비친환경적이라 할 수 있다.
이러한 분해가 되지 않는 기존 열접착 필름의 단점을 보완하기 위해 최근 들어 수지 자체의 분해성이 있는 지방족 폴리에스테르인 폴리락트산 필름이 선호되고 있으나, 이 필름은 결정성이 높아 열접착성이 떨어지는 문제점을 갖는다. 나아가, 이산화탄소를 활용한 지방족 폴리카보네이트는 단독 필름으로 적용될 경우 비결정성이라 내열성이 떨어지고 열에 의해 쉽게 변형이 생겨 필름 가공이 불가능한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 열접착강도를 가지면서도 생분해 가능하여, 식품 포장재, 용기 덮개 및 캔 라미네이션용으로 유용한 환경친화형 열접착 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
지방족 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1수지층과, 융점이 60℃ 이상인 생분해성 수지를 포함하는 제2수지층이 적층되어 있는, 일축 또는 이축 연신 열접착 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 열접착 필름은 결정성인 생분해성 수지층을 포함하여 필름 가공성과 기계적 강도가 우수하고 유리전이온도(Tg)가 낮은 지방족 폴리카보네이트 수지층을 포함하여 열접착강도가 우수할 뿐만 아니라 생분해성이 우수하므로, 식품 포장재, 용기 덮개 및 산업용 캔 라미네이션 등의 다양한 용도에 열접착 필름으로서 친환경적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 열접착 필름은 지방족 폴리카보네이트 수지를 주성분으로 하는 제1수지층과, 융점이 60℃ 이상인 생분해성 수지를 주성분으로 하는 제2수지층이 적층되어 있고, 일축 또는 이축 연신된 것임을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 지방족 폴리카보네이트 수지를 단독으로 또는 소량의 다른 생분해성 수지와 함께 블렌딩하여 제1수지층의 수지로 사용할 수 있다.
상기 지방족 폴리카보네이트 수지는 알킬렌 옥사이드, 사이클로알켄 옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 에폭사이드 화합물과 이산화탄소를 공중합하여 제조할 수 있다. 이때, 중합 촉매로는 디에틸아연(미국특허 제 3,585,168 호)과 같은 아연 전구체, 오늄염을 포함하는 착화합물(대한민국특허 제 10-0853358 호) 또는 코발트 촉매 등을 사용할 수 있다.
상기 에폭사이드 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부텐 옥사이드, 펜텐 옥사이드, 헥센 옥사이드, 옥텐 옥사이드, 데센 옥사이드, 도데센 옥사이드, 테트라데센 옥사이드, 헥사데센 옥사이드, 옥타데센 옥사이드, 부타디엔 모노옥사이드, 1,2-에폭사이드-7-옥텐, 사이클로펜텐 옥사이드, 사이클로헥센 옥사이드, 사이클로옥텐 옥사이드, 사이클로도데센 옥사이드, 2,3-에폭사이드노보넨, 리모넨 옥사이드 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
지방족 폴리카보네이트 수지 공중합 시 이산화탄소의 압력은 상압 내지 100 기압, 바람직하게는 5 내지 30 기압일 수 있다. 또한, 중합 온도는 20 내지 120℃, 바람직하게는 50 내지 90℃일 수 있다.
지방족 폴리카보네이트 수지를 공중합하는 방법으로는 회분식 중합법, 반 회분식 중합법, 연속식 중합법 등이 있다. 회분식 또는 반 회분식 중합법을 사용하는 경우 반응 시간은 1 내지 24 시간, 바람직하게는 1.5 내지 4 시간일 수 있고, 연속식 중합법을 사용하는 경우 촉매의 평균 체류시간도 마찬가지로 1.5 내지 4 시간으로 하는 것이 바람직하다.
상기 지방족 폴리카보네이트 수지의 구체적인 예로는 바람직하게는 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
본 발명에 사용되는 지방족 폴리카보네이트 수지의 수평균 분자량(Mn)은 50,000 내지 500,000일 수 있다. 여기에서 수평균 분자량(Mn)은 단일분자량분포의 폴리스타이렌을 표준물질로 보정하여 GPC로 측정한 수평균 분자량을 의미한다.
일반적으로 방향족 폴리카보네이트는 유독 물질인 비스페놀-A(bisphenol-A)와 포스겐(phosgene)을 사용하여 제조되기 때문에 제조과정에서부터 매우 위험한 반면, 지방족 폴리카보네이트는 이산화탄소를 활용하므로 대기로 배출되는 이산화탄소의 저감에 기여한다는 장점도 있다. 또한, 방향족 폴리카보네이트는 자연 분해가 일어나지 않고 소각 시 환경 유해 물질을 배출하나, 지방족 폴리카보네이트는 소각 시에도 이산화탄소와 물로 분해가 가능하다.
또한, 본 발명의 제1수지층에는 통상의 정전인가제, 대전방지제, 산화방지제, 열안정제, 자외선 차단제, 블로킹 방지제 및 기타 무기활제가 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 첨가되어도 무방하다.
본 발명에서는, 융점이 60℃ 이상, 바람직하게는 80℃ 이상인 생분해성 수지를 단독으로 또는 1종 이상 블렌딩하여 제2수지층의 수지로 사용할 수 있다.
상기 생분해성 수지의 구체적인 예로는 폴리락트산 및 이의 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리글리콜산 및 폴리부틸렌석시네이트와 같은 지방족 폴리에스테르 수지; 셀룰로오스계 화합물; 폴리하이드록시알킬레이트 수지; 폴리부틸렌아디페이트-테레프탈레이트(PBAT) 수지; 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 제2수지층에는 통상의 정전인가제, 대전방지제, 산화방지제, 열안정제, 자외선 차단제, 블로킹 방지제 및 기타 무기활제가 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 첨가되어도 무방하다.
본 발명의 열접착 필름은, 예컨대, 상기한 바와 같은 제1수지층의 수지와 제2수지층의 수지를 각각 용융압출하여 2층의 미연신 시트를 얻은 후, 통상의 연신 방법으로 일축 또는 이축 연신하고 필요에 따라 열고정함으로써 제조할 수 있다. 이때, 미연신 시트를 종방향 및 횡방향으로 이축 연신하여 양방향 수축 필름(저수축 필름)을 제조하거나, 또는 종방향과 횡방향 중 어느 한 방향으로만 일축 연신하여 단방향 수축 필름을 제조하는 것이 가능하며, 바람직하게는 총 연신배율이 약 3 내지 약 20배가 되도록 연신을 수행할 수 있다.
본 발명의 열접착 필름은 10㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 제1수지층과 제2수지층의 두께비는 1 : 1~30 인 것이 바람직하다.
본 발명의 열접착 필름은 500gf/inch 이상의 열접착강도를 가질 수 있으며, 이로써 식품 포장재, 용기 덮개 및 캔 라미네이션 용도의 접착이 가능하다.
또한, 본 발명의 열접착 필름은 20% 이하의 열수축률을 가져 가공시 변형이 없고, 20% 이상의 생분해도를 가져 친환경적이며, 20% 이하의 헤이즈(haze) 및 10kgf/mm2 이상의 기계적 강도를 갖는다. 이때, 상기 열수축률은 100℃ 열풍에서 5분간 처리 후 측정된 것이다.
이에 따라 본 발명은 또한 상기 열접착 필름을 포함하는 포장재를 제공한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 열접착 필름은 결정성인 생분해성 수지층을 포함하여 필름 가공성과 기계적 강도가 우수하고 유리전이온도(Tg)가 낮은 지방족 폴리카보네이트 수지층을 포함하여 열접착강도가 우수할 뿐만 아니라 생분해성이 우수하므로, 식품 포장재, 용기 덮개 및 산업용 캔 라미네이션 등의 다양한 용도에 열접착 필름으로서 친환경적으로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
하기 실시예 및 비교예에서, PPC로는 이산화탄소와 프로필렌옥사이드의 교대 공중합으로 얻어진 폴리프로필렌카보네이트 수지(Empower사, QPAC40)를, PLA로는 융점이 170℃인 폴리락트산 수지(Nature Works LLC, 4032D)를, PLA 공중합체로는 융점이 165℃인 PLA와 폴리올의 공중합 수지(SKC(주))를, PVC로는 폴리비닐클로라이드 수지(신에츠화학공업사 TK-800)를 각각 사용하였다.
실시예 1 : 2층 필름의 제조
PPC와 PLA를 각각 압출기로 용융하고 각각 설정 온도 180℃와 230℃에서 T-다이로부터 공압출한 후, 예열 온도 70℃에서 종방향(MD)으로 3배, 횡방향으로 5배 연신하고 140℃에서 열고정한 다음, 상온으로 필름을 냉각하여 두께 12㎛의 2층 필름(PPC(제1수지층):PLA(제2수지층)의 두께비 = 20:80)을 제조하였다.
실시예 2 : 2층 필름의 제조
PPC와 PLA 공중합체를 각각 압출기로 용융하고 각각 설정 온도 180℃와 200℃에서 T-다이로부터 공압출한 후, 예열 온도 60℃에서 종방향(MD)으로 2배, 횡방향으로 4배 연신하고 150℃에서 열고정한 다음, 상온으로 필름을 냉각하여 두께 12㎛의 2층 필름(PPC(제1수지층):PLA 공중합체(제2수지층)의 두께비 = 50:50)을 제조하였다.
비교예 1 내지 3 : 단층 필름의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 수지의 종류 및 공정조건에 근거하여 두께 12㎛의 단층 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 2층 또는 단층 필름에 대한 물성 측정 및 성능 평가를 다음과 같은 방법으로 실시한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 열수축률
필름 시료를 수축률을 측정하려는 방향으로 길이 200 ㎜, 폭 15 ㎜로 절단하여, 100℃의 온도로 유지되는 열풍 오븐에서 5분간 처리한 후 길이의 변화를 측정하여 하기 수학식 1에 의하여 열수축률(%)을 계산하였다.
Figure pat00001
(2) 열접착강도
필름 시료를 사용하여 제1수지층 면끼리 100℃에서 40psi로 1초간 실링바(sealing bar)로 접착시킨 후, 필링 테스터(peeling tester)로 150 m/분의 속도로 벗겨내어(peeling test) 그 강도(gf/inch)를 측정하였다.
(3) 생분해도
ASTM D5338에 기재된 방법에 따라 생분해도(%)를 측정하였다.
(4) 기계적 강도
ASTM D882에 기재된 방법에 따라 기계적 강도(kgf/mm2)를 측정하였다.
(5) 헤이즈
헤이즈미터(일본정밀과학사, SEP-H)를 사용하여 헤이즈(%)를 측정하였다.
Figure pat00002
상기 표 1로부터, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 2층 필름은 비교예 1 내지 3의 단층 필름에 비해 수축률 및 헤이즈는 낮으면서 기계적 강도, 열접착강도 및 생분해성은 모두 우수하여 목적하는 열접착 필름으로서 친환경적으로 사용될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 지방족 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1수지층과, 융점이 60℃ 이상인 생분해성 수지를 포함하는 제2수지층이 적층되어 있는, 일축 또는 이축 연신 열접착 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지방족 폴리카보네이트 수지가 알킬렌 옥사이드, 사이클로알켄 옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 에폭사이드 화합물과 이산화탄소의 공중합에 의해 얻어진 것임을 특징으로 하는 열접착 필름.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지방족 폴리카보네이트 수지가 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열접착 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지방족 폴리카보네이트 수지가 50,000 내지 500,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는 열접착 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 생분해성 수지가 폴리락트산 및 이의 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리글리콜산, 폴리부틸렌석시네이트, 셀룰로오스계 화합물, 폴리하이드록시알킬레이트, 폴리부틸렌아디페이트-테레프탈레이트(PBAT) 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열접착 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1수지층 및 제2수지층이 1 : 1~30의 두께비를 갖는 것을 특징으로 하는 열접착 필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열접착 필름이 10㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 열접착 필름.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열접착 필름이 500gf/inch 이상의 열접착강도를 갖는 것을 특징으로 하는 열접착 필름.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 열접착 필름을 포함하는 포장재.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111890761A (zh) * 2020-08-12 2020-11-06 中国科学院长春应用化学研究所 一种二氧化碳-环氧丙烷共聚物基纸塑复合膜及其制备方法

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