KR20200063508A - 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 적합한 폴리에틸렌 수지 조성물 - Google Patents

고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 적합한 폴리에틸렌 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

선형 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌의 특정 조성을 통해 폴리에틸렌 수지 조성물이 최적 물성을 갖도록 함으로써 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개에 적합한 폴리에틸렌 수지에 대한 것이며, 더 구체적으로 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 적합하도록 하고, 두 종류 이상의 폴리올레핀 수지를 물리적으로 혼합한 재료를 사출 성형하여 제조하는 종래 기술의 혼련 불균일로 인한 물성 저하에 대한 문제점을 해결할 수 있는 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 용기 마개가 개시된다. 본 발명은 용융 흐름 지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 10~25 g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 60~80 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 20~40 중량%를 혼합한 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물을 제공한다.

Description

고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 적합한 폴리에틸렌 수지 조성물{A polyethylene resin composition suitable for a hinge cap which is opened by pulling a ring}
본 발명은 폴리에틸렌 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개에 적합한 폴리에틸렌 수지 조성물에 대한 것이며, 더 구체적으로 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 적합한 폴리에틸렌 수지 조성물에 관한 것이다.
현재 일반적인 식약품 보관 용기나 마개의 제조에는 저밀도 폴리에틸렌 또는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 단독으로 또는 혼합되어 사용되고 있다. 폴리에틸렌을 이용하여 제조한 제품은 성형성이 우수하고 저온 충격강도가 좋을 뿐 아니라 가격이 저렴한 장점이 있어 널리 통상적으로 사용되고 있다.
한편 식용유, 간장 소스 등의 식재료를 담는 용기의 경우 기름과 산도 등의 영향으로 마개의 기밀성이 유지하는 것이 중요하며, 일단 개봉 후에도 남은 내용물이 변질되지 않으면서 보관이 가능하도록 마개의 개봉 후에 편리하게 밀봉이 가능한 형태가 바람직하다. 예를 들어, 코크 마개의 경우에는 기밀성이 좋으나 마개의 개봉이 용이하지 않은 불편함이 있다. 또한 현재 사용되는 용기 마개의 제조방법은 두 종류 이상의 폴리올레핀 수지를 물리적으로 혼합한 재료를 사출 성형하여 제조하는 것으로 혼련 불균일로 인한 물성 저하되는 문제가 있다.
이에 일반 음료 용기에 많이 사용되는 나사식 마개(screw top)를 적용해 볼 수도 있으나 이는 마개를 돌려서 사용하게 되므로 사용이 불편하며, 특히 어린이의 경우에는 마개를 돌려서 개봉하거나 밀봉하는 조작이 미숙하여 사용이 매우 불편하다. 특히 나사식 마개는 내용물이 새지 않도록 하기 위해서는 마개를 강하게 잠가야 되나, 이러한 경우에는 마개를 다시 열기가 어려우며, 반대로, 마개의 조작이 용이한 정도로만 마개를 잠근 경우에는 내용물이 샐 수 있는 우려가 있다.
특히 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡을 구비한 마개의 경우 개봉시 고리부분을 당길 때 과도한 힘을 가해야 할 수 있다. 이는 굴곡탄선률, 인장강도, 인열강도 및 신율의 적합한 범위를 이탈하였기 때문이다. 또한 고리 부분의 끊어짐 현상이 발생할 수 있다. 이는 밀도가 다른 폴리에틸렌 수지의 혼련의 불균일성으로 인한 것으로, 물리적으로 건식 혼합을 통해 성형한 성형품의 경우 혼련의 불균일성이 증가할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 한국공개특허 제 10-2017-0095259 호에서는 선형 저밀도 폴리에틸렌(90~98 wt%)와 고밀도 폴리에틸렌(10~2 wt%)의 혼합 제품에 핵제를 첨가하여 필름 용도에 적합한 고탄성계수의 소재 개발을 명시하고 있으나, 식용유, 간장 소스 등의 식재료를 담는 용기 마개에 적합한 목표 용융지수가 차이가 있으며, 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡을 구비한 마개의 개봉시 가해지는 힘을 줄이기 위한 구성에 대한 기재가 없으며, 개봉시 고리 끊어짐에 대한 문제인식 및 그에 대한 해결 수단에 대한 기재가 없다.
한국등록특허 제 10-0553331 호는 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-α-올레핀 공중합체, 저밀도 선형 폴리에틸렌 또는 고밀도 폴리에틸렌을 혼합하여 기체 투과성을 감소시키는 특성을 나타내는 사출 성형에 적합한 밀폐용기용 소재에 대해 명시하고 있으나, 이 기술은 투과도 감소 목적으로 상기 식용유, 간장 소스 등의 식재료를 담는 용기 마개에 사용하기 위한 용도가 아니며, 에틸렌-α-올레핀 공중합체를 과량 사용할 경우, 저밀도 폴리에틸렌이 용출되어 식품용으로 사용할 수 없는 문제가 있으며, 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡을 구비한 마개의 개봉시 가해지는 힘을 줄이기 위한 문제인식 및 그에 대한 해결 수단에 대한 기재가 없으며, 개봉시 고리 끊어짐에 대한 문제인식 및 그에 대한 해결 수단에 대한 기재가 없다.
본 발명은 소재 선정 및 혼합비 조절 등을 통해 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개 용도로 사용하기 위한 특성을 최적화하고, 두 종류 이상의 폴리올레핀 수지를 물리적으로 혼합한 재료를 사출 성형하여 제조하는 종래 기술의 혼련 불균일로 인한 물성 저하에 대한 문제점을 해결한 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개와 특히 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 적합한 폴리에틸렌 수지를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 용융 흐름 지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 10~25 g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 60~80 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 20~40 중량%가 혼합된 용기 마개용 수지 조성물을 제공한다.
또한, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 에틸렌과 탄소 원자수 4 이상의 α-올레핀으로 이루어진 공중합체로 밀도가 0.915~0.930 g/㎤이고, Z-평균분자량과 중량평균 분자량의 비로 정의되는 고분자 지수(Mz/Mw)가 2~4인 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물을 제공한다.
또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 용융흐름지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 9~50 g/10min이고, 밀도가 0.955~0.975 g/㎤이고, 탄소수 3~4의 단쇄분지 수가 1000개의 백본 탄소당 10~40 개인 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물을 제공한다.
또한, 상기 수지 조성물은 용융 흐름 지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 14~30 g/10min이고, 하기 인열강도 측정법으로 측정된 인열강도가 9~12 MPa이고, 하기 굴곡탄성률 측정법으로 측정된 굴곡탄성률이 550~700 MPa이고, ESCR(ASTM D1693 Condition B, 50℃)이 5 시간 이상이고, 하기 인장강도 및 신율 측정법으로 측정된 인장강도가 13~17 MPa이고, 신율이 300% 이상이고, 하기 총 이행량 기준 측정법으로 측정된 총 이행량이 검출되지 않는 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물을 제공한다.
[인열강도 측정법]
ASTM D 638에 따라서 측정하며, Type1 시편과 50 mm/분 속도를 사용함.
[굴곡탄성률 측정법]
ASTM D 790에 따라서 측정하며, 시편은 127×12.7×6.4 mm 크기이며, 28 mm/분 속도를 사용함.
[인장강도 및 신율 측정법]
ASTM D 638에 따라서 측정하며, Type1 시편과 50 mm/분 속도를 사용함.
[총 이행량 기준 측정법]
EU Directive 2002/72/EC에 따라서, 3% Acetic Acid Aqueous Solution / 95% Ethanol Aqueous Solution / Isooctane을 사용하여 평가함.
또한, 상기 수지 조성물로 제조된 용기 마개를 제공한다.
본 발명에 따르면 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌의 특정 조성을 통해 폴리에틸렌 수지 조성물이 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개와 특히 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 적합한 최적 물성을 갖도록 하고, 두 종류 이상의 폴리올레핀 수지를 물리적으로 혼합한 재료를 사출 성형하여 제조하는 종래 기술의 혼련 불균일로 인한 물성 저하에 대한 문제점을 해결할 수 있는 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 용기 마개를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 조성물로 제조된 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡을 나타낸 사진이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 용융 흐름 지수가 10~25 g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 60~80 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 20 내지 40 중량%를 혼합한 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물을 개시한다. 본 발명에 따른 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물은 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개에 적합하며, 더 구체적으로 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 특히 적합하게 적용될 수 있다. 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 용융 흐름 지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg 하중)가 10~25 g/10min이고, 바람직하게는 18~22 g/10min일 수 있다. 용융 흐름 지수가 상기 범위를 만족할 경우 우수한 인열 특성과 ESCR을 갖출 수 있다. 우수한 인열 특성으로 인해 고리를 당겨 캡을 개봉할 경우 과도한 힘을 가하지 않아도 되며, 개봉시 고리가 끊어지는 현상을 방지할 수 있다. 또한 우수한 ESCR로 인해 식용유 등의 유기용제, 간장 소스 등의 산성 조건에서 더 잘 견딜 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 용융 혼합이 아닌 물리적 혼합만 시행하고 바로 사출한 경우 혼련의 불균일로 인해 균일성과 신율이 급격히 저하될 수 있으며, 개봉시 고리가 끊어질 수 있다.
본 발명에서 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 바람직하게는 에틸렌과 1-부텐 또는 이소펜탄과의 공중합으로 수득될 수 있다.
본 발명에서 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 에틸렌과 탄소 원자수 4 이상의 α-올레핀으로 이루어진 공중합체로 밀도가 0.915~0.930 g/㎤이고, Z-평균분자량과 중량평균 분자량의 비로 정의 되는 고분자 지수(HMI, high molecular index, Mz/Mw)가 2~4일 수 있다. 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.915~0.930 g/㎤인 것이 바람직하고, 0.920~0.925 g/㎤인 것이 더욱 바람직하다. 상기 밀도가 0.915 g/㎤ 미만일 경우에는 용기 마개로 제조 시 고온에서 변형이 발생하고 저분자 용출량이 많아질 수 있고, 0.930 g/㎤를 초과할 경우에는 개봉에 어려움이 발생할 수 있다.
이러한 폴리에틸렌계 혼합 소재로서 본 발명에서는 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌과 함께 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다.
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 60~80 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 20~40 중량% 함량으로 포함되고, 바람직하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌 65~75 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 25~35 중량% 함량으로 포함될 수 있다. 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 80 중량% 초과거나 고밀도 폴리에틸렌 함량이 20 중량% 미만일 경우에는 제품 강성이 저하되어 용기 마개로 제조 및 사용 시 변형이 일어날 수 있고, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 60 중량% 미만이거나 고밀도 폴리에틸렌 함량이 40 중량%를 초과할 경우에는 제품의 강성도가 과도하여 개봉에 어려움이 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 고밀도 폴리에틸렌은 용융흐름지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 9~50 g/10min일 수 있으며, 바람직하게는 10~45 g/10min인 경우(실시예 1~4), 간장 소스 등을 담는 용기 마개를 위한 용융흐름지수, 굴곡탄성률, 인열강도, 인장강도, 신율, ESCR, Pulling force, Pushing force, 균일성, 고리부 성형성 및 OML 평가에서 모두 기준을 충족하였으며, 더 구체적으로 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 특히 적합할 수 있다.
본 발명에서 상기 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.955~0.975 g/㎤이고, 바람직하게는 0.960~0.970 g/㎤일 수 있으며, 무수히 많은 실험 결과 상기 밀도 범위에서 본 발명에서 목적하는 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개에 적합하며, 더 구체적으로 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 특히 적합한 것으로 확인되었다.
또한 상기 고밀도 폴리에틸렌은 ESCR을 위해 탄소수 3~4의 단쇄분지 수가 1000개의 백본 탄소당 10~40 개일 수 있고, 바람직하게는 1000개의 백본 탄소당 15~30 개일 수 있다. 단쇄분지 수(SCB : short chain branch)란 골격탄소 100개 혹은 1000개 당 탄소 4개 이하의 단쇄 분지점의 수를 의미하고, 본 발명에서는 골격탄소 1000개 당 탄소 3~4개 이하의 단쇄 분지점의 수(N)에 대하여 N/1000C로 표현한다. 단쇄분지는 결정화 과정에서 결정구조가 생성되는 것을 방해하여 고분자의 밀도를 저하시키며 굴곡탄성률, 인열강도, 인장강도, 신율, ESCR의 물성에 영향을 준다. 즉 단쇄분지 수가 작으면 인장강도, 인열강도, 굴곡탄성률은 향상될 수 있으나 ESCR이 저하되며, 단쇄분지 수가 너무 커지면 결정구조가 생성되지 않아 굴곡탄성률, 인장강도 및 인열강도의 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 고밀도 폴리에틸렌의 단쇄분지 수가 10/1,000C보다 작은 고밀도 폴리에틸렌을 사용하는 경우에는 ESCR이 저하될 수 있고, 단쇄분지 수가 40/1,000C보다 큰 고밀도 폴리에틸렌을 사용하는 경우에는 굴곡탄성률, 인열강도, 인장강도가 저하될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물은 용융 흐름 지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 14~30 g/10min일 수 있다. 상기 용융 흐름 지수 14~30 g/10min인 경우, 얇은 두께의 고리 부분을 성형하기에 적합할 수 있다. 용융 흐름 지수 14 g/10min보다 작은 경우 얇은 두께의 고리 부분을 성형할 수 없으며, 두께가 두꺼워지며, 용융 흐름 지수 30 g/10min보다 큰 경우 두께는 얇게 할 수 있으나, 인장 강도, 인열 강도, 신율이 저하될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물은 하기 인열강도 측정법으로 측정된 인열강도가 9~12 MPa인 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물일 수 있다.
[인열강도 측정법]
ASTM D 638에 따라서 측정하며, Type1 시편과 50 mm/분 속도를 사용함.
상기 인열강도 9 내지 12 MPa인 경우, 개봉의 편리성 및 안정성을 위해 고리를 당겨서 개봉하는데 드는 힘이 90N 내외를 만족할 수 있다. 인열강도가 9 MPa보다 작은 경우 개봉시 고리가 찢어질 수 있으며, 12 MPa보다 큰 경우는 개봉시 100N이상의 과도한 힘이 필요할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물은 하기 굴곡탄성률 측정법으로 측정된 굴곡탄성률이 550~700 MPa이고, ESCR(ASTM D1693 Condition B, 50℃)이 5 시간 이상인 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물일 수 있다.
[굴곡탄성률 측정법]
ASTM D 790에 따라서 측정하며, 시편은 127×12.7×6.4 mm 크기이며, 28 mm/분 속도를 사용함.
이러한 본 발명에 따른 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물은 굴곡탄성률이 550 내지 700 MPa이고, ESCR(ASTM D1693 Condition B, 50℃)이 5 시간 이상인 경우 캡의 변형 방지 및 장기간 보관 사용이 가능하다. 특히 굴곡탄성률이 550 MPa보다 작은 경우 캡이 외부 충격에 파손될 수 있으며, 700 MPa보다 큰 경우 용기 팩킹이 이루어지지 않아 내용물이 샐 수 있다. 또한 ESCR(ASTM D1693 Condition B, 50℃)이 5 시간 미만인 경우 식용유 등의 유기용제, 간장 소스 등의 산성의 조건에 견딜 수 없게 되어 내용물이 샐 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물은 하기 인장강도 및 신율 측정법으로 측정된 인장강도가 13~17 MPa이고, 신율이 300% 이상인 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물일 수 있다.
[인장강도 및 신율 측정법]
ASTM D 638에 따라서 측정하며, Type1 시편과 50 mm/분 속도를 사용함.
상기 인장강도가 13 내지 17 MPa이고, 신율이 300% 이상인 경우, 개봉시 고리 부분의 끊어짐을 방지할 수 있다. 특히 인장강도가 13 MPa보다 작은 경우 개봉시 고리 부분이 끊어질 수 있고, 인장강도가 17 MPa보다 큰 경우 성형이 어려울 수 있으며, 개봉시 100N이상의 과도한 힘이 필요할 수 있어 개봉에 어려움을 겪을 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 용기 마개용 폴리에틸렌 수지 조성물은 하기 총 이행량 기준 측정법으로 측정된 총 이행량이 검출되지 않는 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물일 수 있다.
[총 이행량 기준 측정법]
EU Directive 2002/72/EC에 따라서, 3% Acetic Acid Aqueous Solution / 95% Ethanol Aqueous Solution / Isooctane을 사용하여 평가함.
상기 총 이행량이 검출되지 않아 식품용도로 사용할 수 있다.
본 발명은 수지 조성물로 제조된 용기 마개를 제공한다. 특히 본 발명에 따르면 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌의 특정 조성을 통해 폴리에틸렌 수지 조성물이 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개와 특히 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 적합한 최적 물성을 갖는 용기 마개를 제공할 수 있다.
본 발명의 용기 마개용 수지 조성물은 상기 성분 이외의 기타 첨가제로서 당 업계에 알려진 통상의 첨가제를 1종 이상, 예컨대 산화방지제, 중화제, 자외선 안정제, 대전방지제 등을 더 포함할 수 있다. 이때 각각의 첨가제는 본 발명의 수지 조성물 100 중량부에 대하여 0.01~1 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
이상의 본 발명에 따른 방수 시트용 수지 조성물의 제조는 통상의 방법에 따라 수행될 수 있으며, 예컨대, 상기 성분들을 혼합한 후, 단축 압출기, 다축 압출기, 니더 또는 벤버리 믹서 등을 이용하여 제조할 수 있다. 또한, 상기 수지 조성물을 이용한 시트의 성형은 믹서를 통해 물리적으로 혼합한 후 단축 압출기를 사용하여 180~230℃ 온도로 용융상태로 혼합하여 펠렛상의 폴리에틸렌 수지 조성물을 제조한 사출 성형기 및 Press를 통해 물성 시편 및 캡 형태의 사출물을 얻을 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
실시예 1
용융 흐름 지수 20 g/10min(190℃, 2.16㎏f), 밀도 0.924 g/㎤, 고분자 지수 2.2인 선형 저밀도 폴리에틸렌 70 중량%와 용융 흐름 지수 10 g/10min(190℃, 2.16㎏), 밀도 0.968 g/㎤, SCB 15/1,000C인 고밀도 폴리에틸렌 30 중량%를 믹서를 통해 물리적으로 혼합한 후 단축 압출기를 사용하여 200℃ 온도로 용융상태로 혼합하여 펠렛상의 폴리에틸렌 수지 조성물을 제조한 후, 사출 성형기 및 Press를 통해 물성 시편 및 도 1에 나타낸 캡 형태의 사출물을 제조하였으며, 특성을 측정하여 표 2에 기재하였다.
실시예 2
용융 흐름 지수 20 g/10min(190℃, 2.16㎏f), 밀도 0.924 g/㎤, 고분자 지수 2.2인 선형 저밀도 폴리에틸렌 60 중량%와 용융 흐름 지수 11 g/10min(190℃, 2.16㎏), 밀도 0.955 g/㎤, SCB 19/1,000C인 고밀도 폴리에틸렌 40 중량%를 사용한 점을 제외하고는 실시예1와 동일하게 진행하고, 특성을 측정하여 표 2에 기재하였다.
실시예 3
용융 흐름 지수 12 g/10min(190℃, 2.16㎏f), 밀도 0.925 g/㎤, 고분자 지수 3.5인 선형 저밀도 폴리에틸렌 70 중량%와 용융 흐름 지수 40 g/10min(190℃, 2.16㎏), 밀도 0.970 g/㎤, SCB 10/1,000C인 고밀도 폴리에틸렌 30 중량%를 사용한 점을 제외하고는 실시예1와 동일하게 진행하고, 특성을 측정하여 표 2에 기재하였다.
실시예 4
용융 흐름 지수 23 g/10min(190℃, 2.16㎏f), 밀도 0.920 g/㎤, 고분자 지수 2.7인 선형 저밀도 폴리에틸렌 75 중량%와 용융 흐름 지수 20 g/10min(190℃, 2.16㎏), 밀도 0.959 g/㎤, SCB 17/1,000C인 고밀도 폴리에틸렌 25 중량%를 사용한 점을 제외하고는 실시예1와 동일하게 진행하고, 특성을 측정하여 표 2에 기재하였다.
비교예 1
용융 흐름 지수 20 g/10min(190℃, 2.16㎏f), 밀도 0.924 g/㎤, 고분자 지수 2.2인 선형 저밀도 폴리에틸렌 50 중량%와 용융 흐름 지수 8 g/10min(190℃, 2.16㎏), 밀도 0.968 g/㎤, SCB 15/1,000C인 고밀도 폴리에틸렌 50 중량%를 사용한 점을 제외하고는 실시예1와 동일하게 진행하고, 특성을 측정하여 표 2에 기재하였다.
비교예2
용융 흐름 지수 20 g/10min(190℃, 2.16㎏f), 밀도 0.924 g/㎤, 고분자 지수 2.2인 선형 저밀도 폴리에틸렌 85 중량%와 용융 흐름 지수 8 g/10min(190℃, 2.16㎏), 밀도 0.968 g/㎤, SCB 15/1,000C인 고밀도 폴리에틸렌 15 중량%를 사용한 점을 제외하고는 실시예1와 동일하게 진행하고, 특성을 측정하여 표 2에 기재하였다.
비교예3
용융 흐름 지수 5 g/10min(190℃, 2.16㎏f), 밀도 0.965 g/㎤, SCB 3/1,000C인 고밀도 폴리에틸렌 30 중량%를 사용한 점을 제외하고는 실시예1와 동일하게 진행하고, 특성을 측정하여 표 2에 기재하였다.
비교예4
믹서를 통해 물리적으로 혼합한 후 바로 사출 성형기를 통해 물성 시편 및 캡을 성형한 점을 제외하고는 실시예1과 동일하게 진행하고, 특성을 측정하여 표 2에 기재하였다.
시험예
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 캡에 대해 하기 방법에 의해 특성을 측정하고, 결과는 표 1 및 표 2에 기재하였다.
[측정방법]
1) 용융 흐름 지수(MI)
ASTM D 1238에 따라서 측정하였으며, 190℃에서 2.16㎏ 하중 하의 조건에서 측정하였다.
2) 밀도
ASTM D 792에 따라서 측정하였으며, 6mm 두께의 사출 성형 시편으로 측정하였다.
3) 단쇄분지 수(SCB : short chain branch)
GPC-FTIR을 이용하여 폴리에틸렌을 170℃에서 2시간 전처리 후 160℃로 측정하고, 그 결과를 해석하여 샘플의 평균 SCB 수를 측정하였다.
4) 굴곡탄성률
ASTM D 790에 따라서 측정하였으며, 시편은 127×12.7×6.4 mm 크기이며, 28 mm/분 속도를 사용하였다.
5) 인열강도, 인장강도 및 신율
ASTM D 638에 따라서 측정하였으며, Type1 시편과 50 mm/분 속도를 사용하였다.
6) ESCR (내환경응력균열저항성)
ASTM D 1693 Condition B에 따라서 측정하였으며, Igepalⓡ CO-630 10%용액으로 50℃조건에서 측정하였다.
7) Pulling force
도 1의 캡을 지그에 물려 고리를 90°로 당겨서 끊어질 때의 힘을 측정하였다.
8) Pushing force
도 1의 캡의 고리 하단부를 90°로 눌러서 캡 안쪽으로 끊어질 때의 힘을 측정하였다.
9) 균일성
도 1의 캡의 고리를 당겨 개봉할 때 고리부에서 크랙이 발생하거나 또는 힘을 받아 늘어나는 부위가 균일한지 여부를 육안으로 평가하였다.(X: 불량, △: 보통, ○: 양호)
10) 고리부 성형성
도 1의 캡의 고리부 미성형 또는 Burr 발생 등의 상태를 육안으로 평가하였다.(X: 불량, △: 보통, ○: 양호)
11) OML (Overall Migration Limit, 총 이행량 기준)
EU Directive 2002/72/EC에 따라서, 3% Acetic Acid Aqueous Solution / 95% Ethanol Aqueous Solution / Isooctane을 사용하여 평가하였다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명에 따라 특정 조성의 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지와 고밀도 폴리에틸렌을 혼합하여 제조된 수지 조성물을 이용할 경우 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기 마개에 적합하며, 더 구체적으로 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 특히 적합함을 확인할 수 있다. 상기와 같은 특성를 갖기 위한 본 발명의 수지 조성물이 나타내는 물리적인 특성은 얇은 두께의 고리 부분을 성형하기 위해 용융 흐름 지수 14~30 g/10min 이상, 개봉의 편리성 및 안정성을 위해 고리를 당겨서 개봉하는데 드는 힘이 90N 내외를 만족하기 위해 인열강도 9~12 MPa, 개봉 전 고리 부분의 끊어짐 방지를 위해 인장강도 13~17 MPa, 신율 300% 이상, 캡의 변형 방지 및 장기간 보관 사용을 위해 굴곡탄성률 550~700 MPa, ESCR 5 시간 이상의 물리적 특성을 갖는다.
한편, 고밀도 폴리에틸렌의 함량이 40 %를 넘어서는 경우 경우(비교예 1)에는 인열강도, Pulling force가 과도하여 개봉에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 용융 흐름 지수, 고리부 성형성이 저하되는 것을 알 수 있고, 고밀도 폴리에틸렌의 함량이 20%보다 작은 경우(비교예 2)에는 굴곡탄성률, 인열강도, 신율, Pushing force이 저하되고, 총 이행량이 검출되는 것을 알 수 있다.
또한, 고밀도 폴리에틸렌의 용융흐름지수가 9~50인 경우, 바람직하게는 10~45인 경우(실시예 1~4), 간장 소스 등을 담는 용기 마개를 위한 용융흐름지수, 굴곡탄성률, 인열강도, 인장강도, 신율, ESCR, Pulling force, Pushing force, 균일성, 고리부 성형성 및 OML 평가에서 모두 기준을 충족하였으며, 더 구체적으로 식용유, 간장 소스 등을 담는 용기에 사용하는 고리를 당겨서 개봉하는 힌지 캡에 특히 적합함을 확인할 수 있다.
또한, 단쇄분지 수가 10/1,000C보다 작은 고밀도 폴리에틸렌을 사용하는 경우(비교예 3)에는 ESCR이 급격히 저하됨을 알 수 있고, 단쇄분지 수가 40/1,000C보다 큰 고밀도 폴리에틸렌을 사용하는 경우에는 굴곡탄성률, 인열강도, 인장강도가 급격히 저하될 수 있다.
또한, 용융 혼합이 아닌 물리적 혼합만 시행하고 바로 사출한 경우(비교예 4) 균일성과 신율이 급격히 저하됨을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 용융 흐름 지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 10~25 g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 60~80 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 20~40 중량%가 혼합된 용기 마개용 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 에틸렌과 탄소 원자수 4 이상의 α-올레핀으로 이루어진 공중합체로 밀도가 0.915~0.930 g/㎤이고, Z-평균분자량과 중량평균 분자량의 비로 정의되는 고분자 지수(Mz/Mw)가 2~4인 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고밀도 폴리에틸렌은 용융흐름지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 9~50 g/10min이고, 밀도가 0.955~0.975 g/㎤이고, 탄소수 3~4의 단쇄분지 수가 1000개의 백본 탄소당 10~40 개인 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 용융 흐름 지수(190℃, 2.16㎏ 하중)가 14~30 g/10min이고, 하기 인열강도 측정법으로 측정된 인열강도가 9~12 MPa이고, 하기 굴곡탄성률 측정법으로 측정된 굴곡탄성률이 550~700 MPa이고, ESCR(ASTM D1693 Condition B, 50℃)이 5 시간 이상이고, 하기 인장강도 및 신율 측정법으로 측정된 인장강도가 13~17 MPa이고, 신율이 300% 이상이고, 하기 총 이행량 기준 측정법으로 측정된 총 이행량이 검출되지 않는 것을 특징으로 하는 용기 마개용 수지 조성물:
    [인열강도 측정법]
    ASTM D 638에 따라서 측정하며, Type1 시편과 50 mm/분 속도를 사용함.
    [굴곡탄성률 측정법]
    ASTM D 790에 따라서 측정하며, 시편은 127×12.7×6.4 mm 크기이며, 28 mm/분 속도를 사용함.
    [인장강도 및 신율 측정법]
    ASTM D 638에 따라서 측정하며, Type1 시편과 50 mm/분 속도를 사용함.
    [총 이행량 기준 측정법]
    EU Directive 2002/72/EC에 따라서, 3% Acetic Acid Aqueous Solution / 95% Ethanol Aqueous Solution / Isooctane을 사용하여 평가함.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 수지 조성물로 제조된 용기 마개.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024081600A1 (en) * 2022-10-10 2024-04-18 The Procter & Gamble Company Recyclable package for disposable wipes

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