KR20200142130A - Ｔｐｏ 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 tpo 필름이 부착된 폼 매트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에 관한 것이다. 본 발명은, PVC 층(110), 접착층(120), 발포가교 PE 폼(130), 무가교 PE 폼(140), 보호 필름층(150)가 상부로부터 하부로 적층된 커팅형 폼 매트(100u)를 형성하는 제 1 단계; 및 상부로부터 하부로 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)가 적층된 TPO 필름층(100a)을 제 1 친환경 접착층(100b)을 활용하여 커팅형 PVC 폼 매트(100u)에 접착하는 제 2 단계; 를 포함하며, 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)의 두께(d1, d2, d3)는 1 : 3: 1로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, TPO 필름을 매트 제조에 활용하면서도 직접 인쇄한 후 PVC에 접착하는 것이 가능하도록 함으로써, 쿠션감이 좋은 PVC의 특성과 함께 PVC의 양을 최소화하면서도 다양한 색상 또는 무늬를 갖도록 할 뿐만 아니라, 폴리에틸렌 매트와 폴리염화비닐 매트의 장점을 활용할 수 있고, 부착시 환경 호르몬 등과 같은 유해물질이 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

ＴＰＯ 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트{THERMO-PLASTIC OLEFIN FILM, MANUFACTURING METHOD OF FORM MAT WITH THERMO-PLASTIC OLEFIN FILM, AND FORM MAT WITH THERMO-PLASTIC MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 TPO 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, TPO 필름을 매트 제조에 활용하면서도 직접 인쇄한 후 PVC에 접착하는 것이 가능하도록 함으로써, 쿠션감이 좋은 PVC의 특성과 함께 PVC의 양을 최소화하면서도 다양한 색상 또는 무늬를 갖도록 할 뿐만 아니라, 폴리에틸렌 매트와 폴리염화비닐 매트의 장점을 활용할 수 있고, 부착시 환경 호르몬 등과 같은 유해물질이 발생하는 문제점을 해결하도록 하기 위한 TPO 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트에 관한 것이다.
가정, 놀이방, 음식점 등에서 바닥에 깔아 사용되는 매트로, 폴리에틸렌으로 제작된 매트와 폴리염화비닐로 제작된 매트로 형성되고 있다.
그러나 이러한 경우 폴리에틸렌은 쿠션이 약한 단점 등이 있으며, 폴리염화비닐의 값이 비싼 단점 등이 있다.
한편, 그 밖의 매트를 제작하기 위한 보조 부자재나 주자재가 TPO, PP, PU 등도 사용되고 있다. 이러한 TPO, PP, PU 등의 소재를 활용하여 매트를 제작하는 방법에는 진공성형, 사출성형, 감싸기 작업 등의 공정을 거쳐 원하는 형상으로 만들어서 부착하는 방식을 사용하고 있다.
근래 들어 매트에도 환경친화성, 경량성, 담가(Fogging) 및 냄새 등에서 유리할 뿐만 아니라 열에 의한 신축이 적은 성질을 가지며, 유연성 있는 플라스틱인 열가소성 폴리올레핀계 엘라스토머(이하, 'TPO(Thermo-Plastic Olefin)'라 한다)를 활용하는 방안이 급격히 대체되는 추세에 있다.
이러한 TPO 시트는 성형성이 우수하여 내장재로도 여러 부위에 적용되고 있으며, 단독으로 적용시 표면 감성(Cushion, Softness)이 부족하여 색상 및 문양 전사의 한계점이 있어 왔다.
이에 따라 색상 및 문양 전사를 위해 추가적인 쿠션감을 갖는 보조층을 하게 되면 쿠션감은 우수해지는데, 폼(Foam)의 두께가 두꺼워지는 한계점이 있어 왔다.
이에 따라 해당 기술 분야에 있어서는 TPO를 매트 제조에 활용하면서도 직접 인쇄한 후 PVC에 접착하는 것이 가능하도록 함으로써, 쿠션감이 좋은 PVC의 특성과 함께 PVC의 양을 최소화하면서도 다양한 색상 또는 무늬를 갖도록 할 뿐만 아니라, 폴리에틸렌 매트와 폴리염화비닐 매트의 장점을 활용할 수 있고, 부착시 환경 호르몬 등과 같은 유해물질이 발생하는 문제점을 위한 기술개발이 요구되고 있다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-2015-0016862호 "코팅 발포용 조성물, 코팅 발포체 및 코팅 발포체의 제조방법(THE COMPOSITION FOR COATING FOAM, THE COATING FOAM AND THE PREPARATION METHOD OF THE COATING FOAM)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, TPO 필름을 매트 제조에 활용하면서도 직접 인쇄한 후 PVC에 접착하는 것이 가능하도록 함으로써, 쿠션감이 좋은 PVC의 특성과 함께 PVC의 양을 최소화하면서도 다양한 색상 또는 무늬를 갖도록 할 뿐만 아니라, 폴리에틸렌 매트와 폴리염화비닐 매트의 장점을 활용할 수 있고, 부착시 환경 호르몬 등과 같은 유해물질이 발생하는 문제점을 해결하도록 하기 위한 TPO 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 복수의 PP 층으로 이루어진 TPO 필름을 표면에 제공함으로써, 경도와 전체적인 폼 매트의 강도를 증가시키도록 할 뿐만 아니라, 종래에 TPO 필름층의 코팅없이 PVC만 써서 폼 매트를 사용시 PVC의 특성상 색상의 표현이 제한적인 한계점을 극복하도록 하기 위한 TPO 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 복수의 PP 층으로 이루어진 TPO 필름의 최상부에 빛반사가 최소화되는 무광형 PP 층을 사용함으로써, 매트 특유의 표면이 맨들거리는 현상을 차단하도록 하기 위한 TPO 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트를 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정은, PVC 층(110), 접착층(120), 발포가교 PE 폼(130), 무가교 PE 폼(140), 보호 필름층(150)가 상부로부터 하부로 적층된 커팅형 폼 매트(100u)를 형성하는 제 1 단계; 및 상부로부터 하부로 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)가 적층된 TPO 필름층(100a)을 제 1 친환경 접착층(100b)을 활용하여 커팅형 PVC 폼 매트(100u)에 접착하는 제 2 단계; 를 포함하며, 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)의 두께(d1, d2, d3)는 1 : 3: 1로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 단계는, TPO 필름층(100a)을 구성하는 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)를 각각 공압출로 뽑고 서로 붙여서 1장으로 제조하며, 총 두께가 80 내지 120 ㎛로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 단계는, 제작된 TPO 필름층(100a)의 제 2 PP 레이어(100a-3)에 인쇄된 인쇄부(100c)를 반대면으로 뒤집어서 커팅형 PVC 폼 매트(100u)와 제 1 친환경 접착층(100b)을 통해 접착을 통해 인쇄부(100c)의 TPO 필름층(100a)을 거치는 투광률이 75 내지 85%가 되도록 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 단계는, 미리 설정된 면적으로 PVC 매트를 커팅하여 PVC 층(110)을 준비하며, 발포가교 PE 폼(130)도 동일한 면적으로 준비하는 제 1-1 단계; 발포가교 PE 폼(130)이 커팅된 절단면의 반대면인 표면이 상부면으로 향하게 가도록 된 상태에서 친환경 접착제를 이용하여 발포가교 PE 폼(130)의 상부면으로 접착층(120)을 형성하는 제 1-2 단계; 및 PVC 층(110)의 하부면과 발포가교 PE 폼(130)의 상부면에 형성된 접착층(120)을 접착시키는 제 1-3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1-3 단계 이후, PVC 층(110), 접착층(120) 및 발포가교 PE 폼(130)이 일체로 접착이 완료되면, 내부온도가 85 내지 95°로 설정된 하이브리드 챔버에 넣고서 12 내지 24 시간 놔둔 뒤 12 내지 24 시간 20 내지 35°사이에서 식히는 제 1-4 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1-4 단계 이후, PVC 층(110) 및 발포가교 PE 폼(130)과 동일한 면적으로 무가교 PE 폼(140) 및 보호 필름층(150)을 준비하는 제 1-5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1-5 단계 이후, 무가교 PE 폼(140)의 하부면과 보호 필름층(150)의 상부면을 부착시키는 제 1-6 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 단계는, 무광 PP 레이어(100a-1)를 15 내지 25 ㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 단계는, 무광 PP 레이어(100a-1)를 폼 매트용 난연제, 대전방지제, UV 안정제 및 재생 PP 수지를 혼합하고 압출하여 펠릿(pellet) 상으로 성형하고 무광 PP를 다중 압출 성형하여 시트 형태로 제조하고, 무광 롤러에 의해 연신을 수행하여 생성되며, 생성된 레이어에 무광 코팅 조성물을 도포 및 경화시켜 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 단계는, 무광 코팅 조성물을 아크릴 폴리올 수지 100 중량부에 대해서 분산제 2 내지 5 중량부, 충진제 1 내지 2 중량부, 경화제 2 내지 3 중량부를 포함형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트는, TPO 필름을 매트 제조에 활용하면서도 직접 인쇄한 후 PVC에 접착하는 것이 가능하도록 함으로써, 쿠션감이 좋은 PVC의 특성과 함께 PVC의 양을 최소화하면서도 다양한 색상 또는 무늬를 갖도록 할 뿐만 아니라, 폴리에틸렌 매트와 폴리염화비닐 매트의 장점을 활용할 수 있고, 부착시 환경 호르몬 등과 같은 유해물질이 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 TPO 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트는, 복수의 PP 층으로 이루어진 TPO 필름을 표면에 제공함으로써, 경도와 전체적인 폼 매트의 강도를 증가시키도록 할 뿐만 아니라, 종래에 TPO 필름층의 코팅없이 PVC만 써서 폼 매트를 사용시 PVC의 특성상 색상의 표현이 제한적인 한계점을 극복하도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 TPO 필름, 이를 포함하는 폼 매트의 제조공정, 그리고 이에 제조된 TPO 필름이 부착된 폼 매트는, 복수의 PP 층으로 이루어진 TPO 필름의 최상부에 빛반사가 최소화되는 무광형 PP 층을 사용함으로써, 매트 특유의 표면이 맨들거리는 현상을 차단할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)에서 TPO 필름(100a)과 커팅형 PVC 폼 매트(100u)의 접착 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)에서 TPO 필름(100a)의 물성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)가 TPO 필름층(100a)을 구비한 경우의 물성에 대한 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커팅형 PVC 폼 매트(100u)의 구조 중 발포가교 PE 폼(130) 형성을 위한 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)에서 사용되는 커팅형 PVC 폼 매트(100u)의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 커팅형 PVC 폼 매트(100u)에 대한 유해성분 검출 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)에서 TPO 필름(100a)과 커팅형 PVC 폼 매트(100u)의 접착 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)에서 TPO 필름(100a)의 물성을 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)가 TPO 필름층(100a)을 구비한 경우의 물성에 대한 실험결과를 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커팅형 PVC 폼 매트(100u)의 구조 중 발포가교 PE 폼(130) 형성을 위한 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)는 TPO 필름층(100a)을 제 1 친환경 접착층(100b)을 활용하여 커팅형 PVC 폼 매트(100u)에 접착하여 형성될 수 있다. TPO 필름층(100a)은 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)를 포함함으로써, 공압출로 뽑고 서로 붙여서 1장으로 제조하며, 총 두께가 80 내지 120 ㎛로 형성되는 것이, 후술하는 제 1 친환경 접착층(100b)을 통해 커팅형 PVC 폼 매트(100u)와의 접착성능이 최적화되며, 제작된 TPO 필름층(100a)의 상부면에 인쇄된 인쇄부(100c)를 반대면으로 뒤집어서 커팅형 PVC 폼 매트(100u)와 제 1 친환경 접착층(100b)을 통해 접착시 인쇄부(100c)의 투광률이 75 내지 85%로 유지될 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
무광 PP 레이어(100a-1)는 15 내지 25 ㎛의 두께로 형성되며, 폼 매트용 난연제, 대전방지제, UV 안정제 및 재생 PP 수지를 혼합하고 압출하여 펠릿(pellet) 상으로 성형하고 무광 PP를 다중 압출 성형하여 시트 형태로 제조하고, 무광 롤러에 의해 연신을 수행하여 생성되며, 생성된 레이어에 무광 코팅 조성물을 도포 및 경화시켜 형성될 수 있다. 여기서, 무광 코팅 조성물은 아크릴 폴리올 수지 100 중량부에 대해서 분산제 2 내지 5 중량부, 충진제 1 내지 2 중량부, 경화제 2 내지 3 중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 재생 PP 수지 100 중량부에 대해서 화학발포제 또는 캡슐발포제가 1 내지 2 중량부를 투입하여 Banbury Mixer, Mixing Roll, Worming Roll을 통해 혼련키고, 혼련물을 120 내지 250℃로 유지된 카렌다 롤에 통과시켜 15 내지 25㎛의 두께를 갖도록 압연하여 시트를 생산하고 생산된 제 2 PP 레이어(100a-3)를 100 내지 200℃로 유지되는 발포오븐에 통과시켜 발포층을 형성하여 TPO 발포형 시트로 형성함으로써, 7배 내지 10배의 발포 볼륨을 얻도록 함으로써, 경량화를 달성할 수 있다. 덧붙여, 친환경성, 내충격성 및 방오성을 증대시키기 위해 무광 PP 레이어(100a-1)를 구성하는 조성물 100 중량부 대비 최소한 5 중량부 이상의 기능성물질, 이를 테면 바이오 폴리에틸렌, 바이오 러버(Rubber), 바이오 오일을 포함한 바이오 폴리머를 적어도 한 종류 이상 더 첨가할 수 있다. 무광 PP 레이어(100a-1)는 표면 물성 개선 및 성형성 보완을 위해 발포시트의 표면을 전자선으로 조사하여 표면을 개질할 수도 있다.
제 1 PP 레이어(100a-2) 및 제 2 PP 레이어(100a-3)는 두께가 각각 55 내지 65 ㎛, 15 내지 25 ㎛ 사이의 난연성 재질로 형성되되, 재생 폴리프로필렌에 탄소섬유와 난연제를 첨가한 재생 PP 수지를 활용할 수 있다. 보다 구체적으로, 폐합성수지인 재생 PP에 탄소섬유를 첨가 혼합하여 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP, Garbon Fiber Reinforced Plastic)인 PP 수지를 수득하게 되는데, 탄소섬유 강화 PP 수지는 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 녹슬지 않고 가공성이 우수하다는 장점이 있다.
여기서, PP 87 내지 89 중량비에 탄소섬유 11 내지 13 중량비가 첨가 혼합된 혼합물 100 중량부에 난연제를 2 내지 3 중량부, 자외선차단제 1 내지 2 중량부를 첨가 혼합하여, 인장강도가 우수한 폴리프로필렌에 파단강도가 우수한 탄소섬유를 첨가 혼합하여 폼 매트의 외부에 요구되는 파단강도를 갖추게 되고, 인화성 물질인 PP에 난연성을 부가하여 발생할 수 있는 화재 등에 난연성을 갖추게 함으로써, 가격 경쟁력이 높으면서도 난연성 등과 같은 기능성을 발휘할 수 있다.
본 발명에서 제 2 PP 레이어(100a-3)는 하부 표면에는 코로나 방전 처리를 수행하기 위해서, 알킬 메타크릴레이트 단량체가 공급되는 기체 분위기하에서 PP 필름을 코로나 방전 처리하여 PP 필름의 표면에 알킬 메타크릴레이트 단량체를 결합시켜 PP 필름의 표면을 개질할 수 있다. PP 필름 표면에 알킬 메타크릴레이트 단량체가 결합되면, 후술할 단계인 제 1 친환경 접착층(100b)을 통해 PVC 층(110)와 접착시 알킬 메타크릴레이트 단량체가 계면에서 고정되어 제 2 PP 레이어(100a-3) 및 PVC 층(110)의 계면접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
3가지 레이어에 해당하는 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3) 각각을 공압출로 뽑고 서로 붙여서 1장으로 제조하여 총 두께가 약 100 ㎛가 되도록 조절하고, 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)을 도 2b와 같이 하부에서 상부로 차례로 적층하고, 열융착 방식, 고주파 융착(High Frequency Welding) 또는 초음파 융착(Ultrasonic Welding) 방식으로 접착시켜서 제조할 수 있다. 열융착시 16 내지 28 시간, 보다 바람직하게는 26 시간 동안 하이브리 챔버를 통해 냉각을 수행하는 냉각시의 온도는 수축방지를 위한 열융착시의 온도보다 낮은 120°내지 130°사이에서 수행하는 것이 바람직하다.
TPO 필름층(100a)이 완성되면, 도 2b와 같이 최상부에 위치하는 제 2 PP 레이어(100a-3)에 인쇄를 통해 인쇄부(100c)를 형성하고, 인쇄부(100c)가 제 1 친환경 접착층(100b)를 바라보도록 하기 위해 TPO 필름층(100a)의 상하를 뒤집어서 PVC 층(100)과 접착을 수행함으로써, 인쇄 문양에 대한 스크래치 등으로부터 보호할 수 있다.
이와 같이 완성된 TPO 필름층(100a)을 구비한 폼 매트는 종래 폼 매트가 상층에 보호 수단이 없어서 동물 배설물이나 아이들의 낙서 등이 PVC에 묻는 경우 PVC가 흡수하여 잘 안 지워지는 문제점을 해결하고, 상층에 TPO 필름층(100a)을 친환경 접착제로 접착하여 코팅하여 TPO 필름층(100a)의 도 3과 같은 물성에 의해 상층을 보호할 수 있다.
보다 구체적으로, TPO 필름층(100a)을 구비한 폼 매트(T1)와 TPO 필름층(100a)을 구비하지 않은 폼 매트(T2)에 대한 인장강도 및 내절강도, 그리고 파열강도에 대한 측정의 결과는 도 4a 내지 도 4b와 같이 나타나며, 모두 TPO 필름층(100a)의 부착전에 비해 향상됨을 알 수 있다. 이때, 인장강도는 TAPPI T 404 om-87에 따라 Hounsfield사의 인장강도 측정기를 사용하고 내절강도는 TAPPI T 511 om-83에 의하여 MIT 형을 사용한다. 내절강도 측정시 인장하중은 0.4 kg으로 하였고 stiffness는 TAPPI T 451 cm-84에 따라 Clark 형을 사용하며, 파열강도는 TAPPI T 403 om-85에 따라 Mullen 저압형 시험기를 사용한다.
또한, 한편, 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)의 두께(d1, d2, d3)가 1 : 3: 1인 경우의 인장강도를 정량적 수치 1로 나타내고 나머지의 경우의 인장강도를 상대적 수치로 표 1과 같이 TPO 필름층(100a)을 구비한 폼 매트(T1)의 양쪽을 잡아당긴 경우의 인장강도가 가장 강한 것으로 확인되었으며, 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)의 길이와 넓이는 모두 250mm로 동일한 조건에서 실험이 수행되었다.
시험예 d1: d2: d3 인장력(kN)
1 1 : 3 : 1 134
2 1 : 2 : 1 121
3 0.5 : 3 : 0.5 128
4 1 : 2.5 : 1 124
5 0.5 : 4 : 1 113
6 1 : 4 : 1 114
7 0.7 : 3: 1 105
8 1 : 1 : 1 101
9 1 : 5 : 1 109
한편, 제 1 친환경 접착층(100b)은 친환경 접착제로 이루어지며, 수성 PU, 아크릴, 에폭시 등을 활용할 수 있다. 본 발명의 일실시예로, 제 1 친환경 접착층(100b)을 이루는 친환경 접착제는 원재료로 PVAc, PAV, PLA를 1 : 1 내지 1.2 : 1.4 내지 1.5의 중량비로 준비한 뒤, PVAc, PAV, PLA 전체 중량에 대해서 폴리우레탄 프리폴리머 입자를 10 내지 15 중량부, 탄소 섬유 12 내지 15 중량부, PHA 수지 5 내지 10 중량부, 수용성 접착제(methyl cellulose) 15 내지 17 중량부, 에스테르(drying agent) 1 내지 3 중량부를 기본 성분으로 첨가하고, 첨가하여 형성된 기본 성분 전체 중량에 대하여 충진제 15 내지 25 중량부, 증점제 3 내지 6 중량부를 추가 성분으로 추가하고, 추가 성분을 포함한 전체 중량에 대하여 첨가제로 난연제 7 내지 10 중량부를 배합하고, 마지막으로 배합물 100 중량부에 대해서 17 내지 18 중량부의 증류수를 첨가하여 형성될 수 있다.
본 발명에서, PVAc(Polyvinyl Acetate), PAV(Polyvinyl Alcohol), PLA(PolyLactic Acid)를 1 : 1 내지 1.2 : 1.4 내지 1.5의 중량비로 준비하는데, PVAc와 PLA의 혼합액 표면에 PVA가 일반적인 혼합 또는 자연분해 캡슐형으로 준비될 수 있으며, 자연분해 캡슐형으로 형성된 캡슐에는 희석제가 포함됨으로써, PVA는 반드시 PVAc 및 PLA 혼합액의 표면 전체에 균등하게 분포해야 하는 것은 아니고, 경우에 따라서는 국부적으로 캡슐형 PVA가 혼합되지 않는 부위가 존재할 수도 있다. 다만, PVA는 PVAc 및 PLA 혼합액의 표면 전체 면적에서 60% 이상에 분포되는 것이 바람직할 수 있다.
여기 사용되는 캡슐이 분해시 사용되는 희석제는 PVAc 및 PLA 혼합액에 PVA에 의한 수지의 점도를 감소시키기 위하여 전형적으로 사용되는 것을 사용하거나, 본 발명의 일 실시예로, 스티렌 또는 크리프(creep)에 악영향이 없이 구조 접착제의 작용 시간을 연장하도록, 구조 접착제용으로 유용한 폴리머 반응성 희석제로서 기능이 있는, 저분자량, 폴리머 수반응성(moisture reactive) 조성물을 활용할 수 있다.
폴리우레탄 프리폴리머는 음이온적 친수성화 수성 폴리우레탄 분산액을 사용하며, 200g/mol 이상 내지 4000g/mol 이하의 수 평균 분자량, 및 1.5 이상 내지 6 이하의 OH 관능가를 갖는 중합체 폴리올, 디이소시아네이트, 분자의 한쪽 말단에 일차 수산기를 갖는 폴리에테르 및 단분자량 디올을 반응시켜 제조하고, 제조된 프리폴리머를 유기용매에 완전 용해시킨 후, 친수성기를 갖는 디올, 친수성기를 갖는 디아민 또는 이들의 혼합물과 반응시킨 다음, 중화제로 중화시키고 분산매인 물을 가하여 수분산물을 제조하며, 수분산물에 쇄연장제를 가하여 쇄 연장 반응을 수행한 후 반응액 내의 유기 용매를 제거하여 레진 형태로 제조한다.
한편, 본 발명에서 쇄 연장제로 에틸렌 글리콜, 1,4 브타네디올 등의 2관능성 글리콜을 투입하여 폴리우레탄 프레포리마를 생성한다. 이후, 본 발명의 추가 실시예로, 폴리우레탄 프레포리마에 반응억제제로 벤조일 코로라이드및 수분흡수제인 서드움실리코 알루미네이트를 투입하여 합성물의 안정화를 꾀한 후, 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸에틸케톤등의 용제를 투입하여 250 내지 400rpm으로 2시간 이상 혼합하여 폴리우레탄 접착제용 레진을 제조할 수 있다.
한편, 폴리우레탄 프리폴리머는 폴리올, 디이소시아네이트를 NCO/OH의 당량비가 2.6 내지 2.7가 되도록 반응시켜 말단에 2가 이상의 디이소시아네이트기를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예로, 디이소시아네이트는 폴리우레탄 접착제 조성물의 중요한 구조적 요소이다. 디이소시아네이트는 일반구조 O=C=N-X-N=C=O을 갖는 화합물이고, 이 경우에서 X 는 지방족, 지환족 또는 방향족 라디칼, 바람직하게는 4∼18개의 탄소원자를 함유하는 지방족 또는 지환족 라디칼이다.
적합한 이소시아네이트의 예로는, 1,5-나프틸렌 디이소시아네이트, 4,4' -디페닐 메탄 디이소시아네이트(MDI), 수소화 MDI(H12 MDI), 크실릴렌 디이소시아네이트(XDI), 테트라메틸 크실릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), 4,4' -디페닐 디메틸 메탄 디이소시아네이트, 디- 및 테트라-알킬 디페닐 메탄 디이소시아네이트, 4,4' -디벤질 디이소시아네이트, 1,3-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트(TDI)의 이성질체, 1-메틸-2, 4-디이소시아네이토시클로헥산, 1, 6-디이소시아네이토-2, 2, 4-트리메틸 헥산, 1,6-디이소시아네이토-2, 4, 4-트리메틸헥산, 1-이소시아네이토메틸-3-이소시아네이토-1, 5, 5-트리메틸시클로헥산(IPDI), 염소 및 브롬화 디이소시아네이트, 인-함유 디이소시아네이트, 4, 4' -디이소시아네이토페닐 퍼플루오로에탄, 테트라메톡시부탄-1 ,4-디이소시아네이트, 부탄-1, 4-디이소시아네이트, 헥산-1, 6-디이소시아네이트(HDI), 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 시클로헥산-1, 4-디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트, 프탈산-비스-이소시아네이토에틸 에스테르, 또한 1-클로로메틸페닐-2, 4-디이소시아네이트, 1-브로모메틸페닐-2, 6-디이소시아네이트, 3, 3-비스-클로로메틸에테르-4, 4' -디페닐 디이소시아네이트와 같은, 반응성 할로겐 원자를 함유하는 디이소시아네이트가 있다.
황-함유 폴리이소시아네이트를, 예를들어 2 몰의 헥사메틸렌 디이소시아네이트와 1 몰의 티오디글리콜 또는 디히드록 시디헥실 술파이드와의 반응에 의해서 수득한다. 다른 중요한 디이소시아네이트는 트리메틸 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1, 4-디이소시아네이토부탄, 1, 12-디이소시아네이토도데칸 및 이량체 지방산 디이소시아네이트이다. 특히 적합한 디이소시아네이트는 테트라메틸렌, 헥사메틸렌, 운데칸, 도데카메틸렌, 2,2,4-트리메틸 헥산, 1,3-시클로헥산, 1,4-시클로헥산, 1,3- 및 1,4-테트라메틸 크실렌, 이소포론, 4,4-디시클로헥실 메탄 및 라이신 에스테르 디이소시아네이트이다. 테트라메틸 크실렌 디이소시아네이트(m-TMXDI, Cyanamid 제)가 가장 특히 바람직하다.
탄소 섬유 발포가교 PE 폼(130)과 접착제 조성물 간의 전도성의 필요에 따라 용량이 조절될 수 있으며, 친환경 접착제 조성물은 탄소 섬유를 첨가 혼합하여 탄소 섬유 강화형(CFR, Garbon Fiber Reinforced Plastic)에 해당하는 레진을 수득하게 되는데, 친환경 접착제 조성물에 포함되는 탄소 섬유는 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 가공성이 우수하다는 장점을 제공할 수 있다. 즉, 친환경 접착제 조성물의 경화시 인장 강도가 상대적으로 우수한 PVAc, PAV, PLA 혼합물에 파단 강도가 우수한 탄소 섬유를 첨가 혼합하여 접착제로서 요구되는 파단강도를 갖추게 되고, PVAc, PAV, PLA 혼합물에 난연성을 부가하여 접착 대상에서 발생할 수 있는 화재 등에 난연성을 갖추게 함으로써, 가격 경쟁력이 높으면서도 난연성 등과 같은 기능성을 발휘할 수 있다.
PHA 수지는 여러 가지 탄소곁사슬이 있는 히드록시산 폴리에스테르의 총칭이다. PHA 수지는 과립막 내의 중합효소에 의한 D(-)-3-히드록시지방산 CoA의 중합에 의해 생성되지만 최근 어떤 종류의 세균에서는 여러 가지 길이의 곁사슬이 있는 히드록시산의 중합체, 혹은 3-히드록시부티르산과의 공중합체인 PHA가 발견되고 있다. 혼합수지 중 PHA 수지는 Poly Hydroxyl Alkanoate의 약자로써, 여러 가지 탄소곁사슬이 있는 히드록시산 폴리에스테르의 총칭이다. PHA 수지는 과립막 내의 중합효소에 의한 D(-)-3-히드록시지방산 CoA의 중합에 의해 생성되지만 최근 어떤 종류의 세균에서는 여러 가지 길이의 곁사슬이 있는 히드록시산의 중합체, 혹은 3-히드록시부티르산과의 공중합체인 PHA가 발견되고 있다. 이러한 PHA 수지를 PVAc, PAV, PLA 혼합물에 혼합하게 되면, PLA 기반 원료에 유연성을 부여할 수 있는 효과를 제공하여 최종 접착제로서 유도성을 부여할 수 있다.
수용성 접착제(methyl cellulose)는 PVAc, PAV, PLA 혼합물에 폴리우레탄 프리폴리머 입자, 탄소 섬유, PHA 수지를 혼합한 상태에서, 수용성 접착제(methyl cellulose)를 정량 함께 혼합기에서 교반하면서, 에스테르(drying agent)를 첨가하면서 혼합기 온도를 25 내지 27℃의 온도로 설정하여 45분 정도 교반을 유지하여 혼합한다.여기서 PVAc, PAV, PLA 혼합물 전체 중량인 100 중량부에 대해서 에스테르(drying agent)를 3 중량부를 초과하는 경우 고형화가 너무 현저히 진행되는 문제점일 발생하며, 1 중량부가 미달인 경우 최종 생성되는 친환경 접착제의 고형화가 진행되지 않을 수 있다.
충진제는 탈크, 탄산칼슘, 클레이, 실리카, 산성백토를 포함하는 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예로, 탈크를 이용시 접착제의 성형성과 내가수분해성능을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 접착제 조성물을 구성하는 원재료인 기본 성분에 대해서 충진제 15 내지 25 중량부를 사용할 수 있다. 여기서, 탈크가 5 중량부를 초과하였을 경우 접착제로 사용하여 경화시 내구 및 내열성이 현저하게 저하되는 우려가 발생하며, 15 중량부 미만일 경우 치수안정성 개선효과가 떨어질 수 있다.
증점제는 친환경 접착제 조성물 용액의 점도를 증가시키기 위해 실리카, 흄실리카, 벤토나이트, 클레이, 아마이드, 셀룰로오스로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용하며, 접착제 조성물을 구성하는 원재료인 기본 성분에 대해서 3 내지 6 중량부를 사용하되, 6 중량부를 초과하는 경우 발포가교 PE 폼(130)과 접착제 조성물이 접하는 경우 경화가 너무 빨리 진행할 수 있으며, 3 중량부 미만인 경우, 최종 생산된 친환경 접착제 조성물이 발포가교 PE 폼(130)로부터 흘러내릴 수 있다.
난연제는 몰리브덴산 안티몬, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘, 수산화알미늄 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용한다. 특히 수산화알미늄(Al(OH)3)은 경화된 폴리우레탄 프리폴리머 입자를 포함하는 친환경 접착제 조성물에 열이 가해져서 300℃ 이상이 되면 미세 다공질이 무수히 많은 활성알루미나로 변화되어 흡착 성능을 가지게 되므로 연소시 발생하는 다이옥신, 염화수소가스(HCl) 등 유해 물질을 흡착하며 열 분해시 흡열 반응을 하여 냉각 효과도 있고 불연성으로서 내수, 내산성이 우수하다. 또한 상기 난연제들을 병용 사용하여 난연 효과의 향상을 기대할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 접착제 조성물은 단일-단계 공정 및 이중-단계 공정에 의해 모두 제조될 수 있다. 이중-단계 공정에 있어서, 예비중합체는 예를들어, 친수성 폴리올과 같은 폴리올을 디이소시아네이트와 부분적으로 예비 반응시킴으로써 초기에 제조된다.
다음으로, 커팅형 PVC 폼 매트(100u)는 PVC 층(110), 제 2 친환경 접착층(120), 발포가교 PE 폼(130), 무가교 PE 폼(140), 보호 필름층(150)을 포함할 수 있다.
PVC 층(110)은 미리 설정된 면적으로 PVC 매트를 준비하여 제 2 친환경 접착층(120)을 형상하기 위한 접착제에 의해 발포가교 PE 폼(130)과 부착됨으로써, 최상위층을 형성할 수 있으며 3T 이상의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
제 2 친환경 접착층(120)은 제 1 친환경 접착층(100b)와 동일한 것을 사용하되, 제 1 친환경 접착층(100b)에서 사용하는 전체 중량에 대해서 0.7 내지 0.9의 양만큼만을 사용하면 되면, 이는 발포가교 PE 폼(130) 내부의 기공에 의해 PVC 층(110)과의 접착력이 증대됨으로써 가능할 수 있다.
발포가교 PE 폼(130)은 폴리에틸렌 재질을 40배로 발포를 수행한 PE 폼으로 1T 내지 6T 이하의 두께로 형성되는 것을 도 4와 같이 스카이빙(skiving)을 통해 반으로 잘라서 사용하는데 자른 상태가 3T 이하로 형성되는 것이 바람직하며, 3T 이상인 경우 스카이빙 방식에 의해 표면에 주름이 발생할 수 있다. 본 발명에서 스카이빙 가공이란 PE 수지 분말 및 발포제를 일정 틀에 넣고 열을 가하는 소결 공정(sintering)을 실시하고 소결된 소결체인 발포가교 PE 폼을 형성한 후, 이 소결체를 나이프(knife)를 이용하여 얇게 깎는 공정을 의미한다.
본 발명의 일 실시예로, PE 수지 100 중량부에 대해서 경화제 1 내지 3 중량부, 발포제 0.5 내지 0.7 중량부를 포함하여 발포가교 PE 폼(130)을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, PE 수지 100 중량부에 대해서 황토 10 내지 15 중량부, 갯벌 흙(머드) 12 내지 13 중량부, 각섬석분말 10 내지 12 중량부, 광석분말 5 내지 7 중량부, 경화제 8 내지 9 중량부, 물 2 중량부를 포함함으로써, 선택적으로 색상을 갖는 광석분말은 원하는 색상을 갖는 광석분말을 더 포함하는 혼합물을 열처리 및 발포처리하여 발포가교 PE 폼(130)을 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 경화 구조 조절제를 PE 수지 100 중량부에 대해서 1.2 내지 1.3 중량부를 더 추가하여 발포가교용 혼합물을 열처리 및 발포처리하여 발포가교 PE 폼(130)을 형성할 수 있다.
여기서, 경화 구조 조절제는 다관능성 가교제 또는 무기 나노 입자를 포함하며, 발포제의 발포 최대 온도와 경화제의 1분 반감기 온도의 차이가 약 10℃ 이하인 발포가교용 혼합물을 제공할 수 있다. 발포가교용 혼합물은 표면이 제 2 친환경 접착층(120)를 통해 PVC 층(110)와 부착력이 극대화되도록 최적화된 조성물이다. 발포는 가교 완료 이후 발포되어 발포체를 성형하는 방법으로서, 다른 발포 방법에 비해 얇은 두께의 발포체를 제조하기에 유리한 방법에 해당할 수 있다.
PE 수지 100 중량부에 대해서 경화제 1 내지 3 중량부, 발포제 0.5 내지 0.7 중량부를 포함하여 발포가교 PE 폼(130)을 형성할 수 있다.
본 발명에서 발포제는 전체 PE 수지 100 중량부에 대하여 발포제 0.5 내지 0.7 중량부를 배합하는 것이 바람직하다. 여기서 발포타입 PE 혼합물을 제조하기 위해 사용되는 발포제의 함량이 0.7 중량부를 초과하면 격층 구조의 발포가교 PE 폼(130)의 강성과 내열성, 표면 경도가 현저히 저하되어 절연제의 응용에 부적합하므로 바람직하지 않으며, 0.5 중량부 미만이면 비중, 발포성, 성형성, 충격특성이 저하되어 바람직하지 않다. 이때 주로 사용되는 화학 발포제는 Sodium bicarbonate(NaHCO3)가 주로 사용되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로, 발포가교 PE 폼(130)을 형성하기 위한 1T 미만의 발포가교 PE 시트의 적층 이후의 한번 더 발포제를 활용한 발포과정을 통해 다중구조의 발포가교 PE 폼(130)을 형성할 수 있으며, 이러한 구조에 의해 PE 수지의 원료의 비중에 대해서 발포제로 인한 배합으로, 비중을 낮출 뿐만 아니라, 절연성을 높일 수 있다.
각 발포가교 PE 시트 생성시, 발포가교 PE 시트가 각 이송장치 상부에 있는 프레임에 의해 이송되는 경우, 로터리성형기의 회전원반을 회전시키면서 각 발포가교 PE 시트의 사이에 용융된 발포제를 혼합하는 방식한 뒤, 금형에 의해 사출성형시키면서 성형된 금형에는 냉각을 시켜 제품을 취출하는 로터리성형 과정을 수행할 수 있다.
여기서, 발포가교 PE 폼(130) 형성을 위한 두께(dickness)에 대한 제어장치의 제어를 받음으로써, 발포제 압출기에 의하여 용융된 발포제의 발포가교 PE 시트 대비 발포제에 대한 유량 제어가 수행될 수 있다.
본 발명에서 발포제의 발포 최대 온도는 발포가교용 혼합물에 열을 가할 때, 발포제가 최대 크기로 팽창하는 때의 온도를 의미하며, 경화제의 1분 반감기 온도는 발포가교용 혼합물에 열을 가하기 시작하여 1분이 경과한 후에 경화제의 양이 1/2이 되는 온도로 설정한 경우, 발포제의 발포 최대 온도와 상기 경화제의 1분 반감기 온도의 차이는 약 9℃ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예로, 약 8℃ 이하일 수 있고, 예를 들어 약 3℃ 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 발포제의 발포 최대 온도와 상기 경화제의 1분 반감기 온도는 동일할 수 있다. 발포제의 발포 최대 온도와 상기 경화제의 1분 반감기 온도의 차이를 전술한 범위로 조절함으로써 발포가교용 혼합물이 균일한 두께의 박막 형태를 갖는 필름 형태로 제조될 수 있으며, 격층 형태의 발포가교 PE 폼(130)가 우수한 내구성을 구현할 수 있다.
한편, 본 발명에서 발포가교 PE 폼(130)을 형성하기 위해 압출장치를 이용해 압출하여 압출 용융물인 발포가교용 혼합물을 형성하는데, 여기서 230 내지 235 ℃의 온도에서 용해시키는 것이 바람직하다. 이후, 용용상태의 압출 용융물을 통과시 T-die 방식으로 필름 타입의 발포가교 PE 폼(130)를 형성하며, 다이의 출구에 부착된 냉각장치를 필름 타입의 발포가교 PE 폼(130)을 냉각시킨다. 냉각시 필름 타입의 발포가교 PE 폼(130)에 대한 냉각을 수행한 뒤, 냉각을 위해 가이드 롤러로 전달한다. 여기서 사용되는 냉각장치는 펠티어 소자와 온도 센서, 그리고 아두이노 기판을 활용하여 미리 설정된 온도 범위로 필름 타입의 시트에 대한 온도를 제어할 수 있다. 여기서 온도 설정 범위는 실온 상태에 해당하는 가이드 롤러에 의한 냉각과 압출 용융물에 대한 다이에 의한 T-die 방식을 이용해 필름 타입의 시트 생성 직후의 온도 차를 고려하여 8℃ 내지 12.5℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이후, 가이드 롤러에 의해 냉각된 필름 타입의 발포가교 PE 폼(130)을 연신장치로 안내되며, 가이드 롤러에 의해 필름 타입의 발포가교 PE 폼(130)에 대한 연신 장치로의 이송을 수행하면서, 가이드 롤러의 전체 길이 설정에 따른 실온 상태에서 열안정화 과정을 제공할 수 있다. 연신장치는 가이드 롤러를 통과한 필름 타입의 발포가교 PE 폼(130)을 눌러 잡아당기는 연신을 수행한다. 보다 구체적으로, 연신시 필름 타입의 발포가교 PE 폼(130)에 대한 가열, 가압 상태에서 넓이 방향의 연신을 수행함으로써, 최종 생산물인 발포가교 PE 폼(130)에 대한 연신 전후의 면적 비율이 1 : 2.1 내지 2.3 배가 증가하도록 한다. 여기서, 연신시 가열 온도는 224 내지 230 ℃, 가압 상태는 132 내지 176mbar 상태이며, 발포가교 PE 폼(130)의 두께를 6T로 생산시 바람직하게는 227 ℃, 138mbar 상태에서 수행하는 것이 바람직하다.
한편 연신시 상술한 바람직한 온도 범위 내인 가열 온도는 224 내지 230 ℃에서 행하여져야 한다. 온도 범위보다 온도가 높아지는 경우 분자의 자유도가 높아져 분자의 배향이 잘 이루어지지 않는다. 또한, 온도 범위보다 낮아지는 경우에는 연신이 잘 이루어지지 않고 발포가교 PE 폼(130)이 연신되지 못하고 끊어지는 현상이 일어난다.
한편, 발포가교 PE 폼(130)에 대한 연신 후 열안정화 과정 사이에 발포가교 PE 폼(130)에 대한 연성화와 함께 메쉬 공정에 따라 다이아몬드 형상 구조, 그물 형상, 사각형 형상을 갖는 균일한 격자 구조(메쉬 구조)를 형성할 수 있다. 이와 같은 메쉬 구조를 형성함으로써, 유연성을 제공하고, 다수의 메쉬구조의 발포가교 PE 폼(130)를 적층하고 발포함으로써, 무게를 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 친환경 접착제와의 접착성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 스카이빙 가공으로 제조하는 발포가교 PE 폼(130)은 표면에 나이프 자국이 형성될 수 있으며, 즉 0.10㎛ 내지 0.15㎛의 표면 거칠기(Ra)를 가질 수 있다. 표면 거칠기(Ra)가 범위에 포함되는 경우, 후술하는 무가교 PE 폼(140)와의 열융착시 접촉하는 면적이 극대화되어 장기간 사용할 수 있다.
그리고, 발포 폴리염화비닐(PVC) 폼(foam)은 촉감이 좋고 인쇄 품질이 좋아, 오래전부터 놀이매트용으로 많이 사용되던 소재이지만, 소재가 무겁고 특유의 냄새가 심하며 주름이 쉽게 가는 등 놀이매트로 다양하게 적용하는데 한계가 있으므로, 본 발명에서는 발포 폴리에틸렌(PE) 폼(foam)을 활용한다. 본 발명에서 발포가교 PE 폼(130)의 소재로 사용되는 발포 폴리에틸렌(PE) 폼(foam)은 가공이 쉽고, 가벼우며, 무취에 가격도 저렴한 장점이 있지만, 표면소재로 사용시 내구성이 약한 한계점이 있다.
이에 따라 본 발명에서는 발포가교 PE 폼(130)의 상부면에 형성된 제 2 친환경 접착층(120)을 활용해 PVC 층(110)을 보강하는 구조를 갖도록 하는 것이며, 발포가교 PE 폼(130)과 PVC 층(110)의 상호 결합을 위해 친환경 접착제를 사용함으로써, 기존 일반 접착제의 특성상 유해한 냄냄 및 오염 등에 문제, 물 등의 용액과 접촉될 경우 본드 접착 부분에 균열이 생기는 등 내구성의 문제도 해결하도록 한다.
보다 구체적으로, 발포가교 PE 폼(130)은 반으로 자르는 경우 발포에 따라 내부에 기포가 있어서 수축이 생길 수 있어서 PVC 층(110)과의 접착을 위해 형성되는 제 2 친환경 접착층(120)과의 접착 성능 향상을 위해, 자른면이 아닌 그 반대면인 표면을 친환경 접착제를 이용해 PVC 층(110)의 하부면과 접착시키는 것이 바람직하다. 스카이빙을 통해 자른면은 연성이 증가하므로, 후술하는 무가교 PE 폼(140)과의 열융착 성능을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 6T의 발포 PE 폼을 스카이빙 방식으로 자른 경우, 자른면은 접었을 때 주름이 안 생기는 특성이 있으므로, 하부로 향하게 하고 주름이 잘생기는 표면의 상부를 PVC 층(110)과 친환경 접착제로 접착을 하는 것이다.
발포가교 PE 폼(130)의 표면이 위로 가게 하여 PVC 층(110)의 하부면 접착시키는 이유는 상부면으로 열융착이 아닌 접착제 방식을 통해 폴아마이드가 발생하지 않도록 함에 있다.
한편, PVC 층(110), 제 2 친환경 접착층(120) 및 발포가교 PE 폼(130)이 일체로 접착이 완료되면, 내부온도가 85 내지 95°, 보다 바람직하게는 90°로 설정된 하이브리드 챔버에 넣고서 12 내지 24 시간 정도 놔둔 뒤 꺼내서 12 내지 24 시간 정도 20 내지 35°사이에서 식히는 과정을 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 하이브리드 챔버는 히터와 냉각판을 함께 구비하는 것으로서, 복수의 냉각판들을 지지하는 벽으로 벽을 통해 냉각판들의 전면에 인접하여 PVC 층(110), 제 2 친환경 접착층(120) 및 발포가교 PE 폼(130)이 일체로 접착된 상태로 위치될 수 있도록 하며, 냉각판이 부착된 벽면의 배면 상에 있는 히터가 형성되고, 벽면은 로터리 장치에 의해 정면과 배면을 번갈아 위치시킬 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
무가교 PE 폼(140)은 보호 필름층(150)을 하부면에 붙이며, 붙이는 방식은 고주파 융착(High Frequency Welding) 또는 초음파 융착(Ultrasonic Welding) 방식으로 접착시켜서 제조할 수 있다.
본 발명의 무가교 PE 폼(140)은 PE 분말 100 중량부를 기준으로 계면활성제 분말을 35 내지 45 중량부를 고르게 혼합하고, 혼합된 분말을 고속회전하는 블레이드를 가지는 혼합기에 투입하여 고속으로 회전시켜 원심력과 하부판에서 제공되는 열원을 통해 압출 용융물로 생성된 뒤, 혼합기와 연결된 압출기에 의해 T-die 방식에 의해 성형되어 형성되어 형성된 필름 타입을 절단하는 방식으로 제조하여 얻음으로써, 제조의 용이성을 가지면서 계면활성제의 균일한 분산을 통하여 안정적인 셀을 가지는 우수함 품질의 PE 폼을 얻고, 원가를 대폭 절감하면서 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서, 보호 필름층(150)은 커팅형 PVC 폼 매트(100u)의 최하부면에 형성되며, LDPE 필름, PP(Polypropylene)을 연신하지 않은 상태의 CPP(Casting PolyPropylene) 필름으로 형성되어 커팅형 PVC 폼 매트(100u)의 하부면을 보호하는 보호층 역할을 수행할 수 있다.
한편, 발포가교 PE 폼(130)과 무가교 PE 폼(140) 간의 열융착은 고온 열풍을 이용하여 170 내지 200℃를 유지하면서 압착하는 방식을 취할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 TPO 필름을 포함하는 폼 매트(100)에서 사용되는 커팅형 PVC 폼 매트(100u)의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다. 도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 커팅형 PVC 폼 매트(100u)에 대한 유해성분 검출 결과를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6a와 같이 미리 설정된 면적으로 PVC 매트를 커팅하여 PVC 층(110)을 준비하며, 발포가교 PE 폼(130)도 동일한 면적으로 준비한다.
다음으로, 도 6b 및 도 6c와 같이 PVC 층(110)의 하부면과 발포가교 PE 폼(130)의 상부면으로 표면이 가도록 하여 친환경 접착제를 이용하여 제 2 친환경 접착층(120)을 형성하고, 내부온도가 90°에 해당하는 하이브리드 챔버에 하루 정도 있다가 식히는 과정을 수행한다.
보다 구체적으로, 하이브리드 챔버를 통해 가온하는 목적은 통상 작은 양의 폴아마이드가 발포가교 PE 폼(130)의 표면에 포함되므로, 발포가교 PE 폼(130)의 표면에서 발생하는 유해물질인 폴아마이드를 제거하기 위해서 수행되는 것이 필수적이다.
또한, 가온 뒤에 냉각을 시키는 이유는 냉각이 없으면 발포가교 PE 폼(130)이 수축되어 휘어진다. 즉, 발포가교 PE 폼(130)은 가온에 따라 내부 기포가 없어지므로 수축되는 성질을 갖는데, 90°에서 가온 뒤에 하루 정도 냉각에 따라 내부 기포를 적당량 유지하도록 함으로써, 발포가교 PE 폼(130)이 수축하는 것을 방지하는 효과를 제공할 수 있다.
다음으로, 도 7a와 같이 PVC 층(110) 및 발포가교 PE 폼(130)과 동일한 면적으로 무가교 PE 폼(140) 및 보호 필름층(150)을 준비한 뒤, 도 7b와 같이 무가교 PE 폼(140)의 하부면과 보호 필름층(150)의 상부면을 부착시킨다.
이후, 도 8a와 같이 PVC 층(110), 제 2 친환경 접착층(120), 발포가교 PE 폼(130)이 일체로 형성된 제 1 단위 유닛과, 무가교 PE 폼(140)과 보호 필름층(150)이 일체로 형성된 제 2 단위 유닛을 180 내지 250°, 보다 바람직하게는 200°의 환경 조건에서의 열융착 방식을 통해서 열융착을 시키며, 12 내지 24 시간, 보다 바람직하게는 24 시간 동안 하이브리 챔버를 통해 냉각을 수행하는 냉각시의 온도는 수축방지를 위한 열융착시의 온도보다 낮은 100°내지 150°사이에서 수행하는 것이 바람직하다.
도 8b와 같이 PVC 층(110), 제 2 친환경 접착층(120), 발포가교 PE 폼(130), 무가교 PE 폼(140), 보호 필름층(150) 순으로 적층된 구조를 갖는 커팅형 PVC 폼 매트(100u) 상부에 도 8c와 같이, TPO 필름층(100a)을 제 1 친환경 접착층(100b)을 활용하여 커팅형 PVC 폼 매트(100u)에 접착하여 형성될 수 있다. TPO 필름층(100a)은 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)를 포함함으로써, 공압출로 뽑고 서로 붙여서 1장으로 제조하며, 총 두께가 80 내지 120 ㎛로 형성되는 것이, 후술하는 제 1 친환경 접착층(100b)을 통해 커팅형 PVC 폼 매트(100u)와의 접착성능이 최적화되며, 제작된 TPO 필름층(100a)의 상부면에 인쇄된 인쇄부(100c)를 반대면으로 뒤집어서 커팅형 PVC 폼 매트(100u)와 제 1 친환경 접착층(100b)을 통해 접착시 인쇄부(100c)의 투광률이 75 내지 85%로 유지될 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
이렇게 제작된 폼 매트는 커팅하던지 프레스하여 완제품형태로 출시하며, 완제품 형태의 커팅형 PVC 폼 매트(100u)는 연성이 뛰어나서 쉽게 커팅되어 사용할 수 있으며 도 9 및 도 10의 시험결과와 같이 유해성분이 현저히 감소하거나 검출되지 않았다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : TPO 필름을 포함하는 폼 매트
100a : TPO 필름
100a-1 : 무광 PP 레이어
100a-2 : 제 1 PP 레이어
100a-3 : 제 2 PP 레이어
100b : 제 1 친환경 접착층
100u : 커팅형 폼 매트
110 : PVC 층
120 : 제 2 친환경 접착층
130 : 발포가교 PE 폼
140 : 무가교 PE 폼
150 : 보호 필름층

Claims (10)

  1. PVC 층(110), 접착층(120), 발포가교 PE 폼(130), 무가교 PE 폼(140), 보호 필름층(150)가 상부로부터 하부로 적층된 커팅형 폼 매트(100u)를 형성하는 제 1 단계; 및
    상부로부터 하부로 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)가 적층된 TPO 필름층(100a)을 제 1 친환경 접착층(100b)을 활용하여 커팅형 PVC 폼 매트(100u)에 접착하는 제 2 단계; 를 포함하며,
    무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)의 두께(d1, d2, d3)는 1 : 3: 1로 형성되는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    TPO 필름층(100a)을 구성하는 무광 PP 레이어(100a-1), 제 1 PP 레이어(100a-2), 제 2 PP 레이어(100a-3)를 각각 공압출로 뽑고 서로 붙여서 1장으로 제조하며, 총 두께가 80 내지 120 ㎛로 형성하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    제작된 TPO 필름층(100a)의 제 2 PP 레이어(100a-3)에 인쇄된 인쇄부(100c)를 반대면으로 뒤집어서 커팅형 PVC 폼 매트(100u)와 제 1 친환경 접착층(100b)을 통해 접착을 통해 인쇄부(100c)의 TPO 필름층(100a)을 거치는 투광률이 75 내지 85%가 되도록 제조하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 단계는,
    미리 설정된 면적으로 PVC 매트를 커팅하여 PVC 층(110)을 준비하며, 발포가교 PE 폼(130)도 동일한 면적으로 준비하는 제 1-1 단계;
    발포가교 PE 폼(130)이 커팅된 절단면의 반대면인 표면이 상부면으로 향하게 가도록 된 상태에서 친환경 접착제를 이용하여 발포가교 PE 폼(130)의 상부면으로 접착층(120)을 형성하는 제 1-2 단계; 및
    PVC 층(110)의 하부면과 발포가교 PE 폼(130)의 상부면에 형성된 접착층(120)을 접착시키는 제 1-3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제 1-3 단계 이후,
    PVC 층(110), 접착층(120) 및 발포가교 PE 폼(130)이 일체로 접착이 완료되면, 내부온도가 85 내지 95°로 설정된 하이브리드 챔버에 넣고서 12 내지 24 시간 놔둔 뒤 12 내지 24 시간 20 내지 35°사이에서 식히는 제 1-4 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1-4 단계 이후,
    PVC 층(110) 및 발포가교 PE 폼(130)과 동일한 면적으로 무가교 PE 폼(140) 및 보호 필름층(150)을 준비하는 제 1-5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제 1-5 단계 이후,
    무가교 PE 폼(140)의 하부면과 보호 필름층(150)의 상부면을 부착시키는 제 1-6 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    무광 PP 레이어(100a-1)를 15 내지 25 ㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    무광 PP 레이어(100a-1)를 폼 매트용 난연제, 대전방지제, UV 안정제 및 재생 PP 수지를 혼합하고 압출하여 펠릿(pellet) 상으로 성형하고 무광 PP를 다중 압출 성형하여 시트 형태로 제조하고, 무광 롤러에 의해 연신을 수행하여 생성되며, 생성된 레이어에 무광 코팅 조성물을 도포 및 경화시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    무광 코팅 조성물을 아크릴 폴리올 수지 100 중량부에 대해서 분산제 2 내지 5 중량부, 충진제 1 내지 2 중량부, 경화제 2 내지 3 중량부를 포함형성하는 것을 특징으로 하는 TPO 필름을 포함하는 폼 매트의 제조공정.
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대한민국 특허출원 출원번호 제10-2015-0016862호 "코팅 발포용 조성물, 코팅 발포체 및 코팅 발포체의 제조방법(THE COMPOSITION FOR COATING FOAM, THE COATING FOAM AND THE PREPARATION METHOD OF THE COATING FOAM)"

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