KR20220093888A - 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 전원의 공급 없이 조사되는 광으로 발열될 수 있는 광 발열 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 전원공급이 용이하지 않은 환경에서도 태양광에 의해 발열될 수 있으며, 특히 농업용 멀칭필름으로 사용 시 지온을 상승시키고 작물을 보호할 수 있어 유용하게 사용될 수 있다.

Description

광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법{Method of manufacturing polyester film heated by the light}

본 발명은 외부 전원의 공급 없이 조사되는 광으로 발열될 수 있는 광 발열 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

외부의 찬 기온의 침투나 내부의 수분이나 습기가 증발되는 것을 막도록 비닐이나 필름이 사용되는데, 예를 들어 멀칭필름의 경우 지온의 변화를 억제하고 토양의 수분을 유지하기 위하여 널리 사용되고 있다.

이와 같은 멀칭필름은 대한민국 등록특허 제10-1823409호, 제10-1707934호에 개시되는 바와 같이, 미생물에 의해 자연적으로 분해될 수 있는 친환경적인 필름이 주로 개발되었을 뿐, 지온과 내부 수분을 보다 잘 보호하기 위한 고유의 목적에 부합하는 멀칭필름의 개발은 많이 이루어지지 못하였다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2008-0092207호에는 신속하게 내부 온도를 상승시킬 수 있도록 전기로 온도가 상승하는 면상 발열체가 구비된 비닐하우스용 비닐이 개시되어 있다. 하지만, 이와 같은 비닐하우스는 외부전원이 인가되기 어려운 지역에는 사용이 어렵고, 또한 공급되는 전원연결 단자 간 수분침투나 연결하는 전선의 단선에 의한 안전사고나 고장의 위험이 상존하여 널리 사용되기에는 한계가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1823409호 (발명의 명칭: 생분해성 농업용 멀칭필름) 대한민국 등록특허 제10-1707934호 (발명의 명칭: 고구마 재배용 배색 생분해성 멀칭필름) 대한민국 공개특허 제10-2008-0092207호 (발명의 명칭: 면상 발열체를 포함하는 비닐하우스용 비닐)

따라서, 본 발명은 외부 전원의 공급 없이 조사되는 광으로 발열될 수 있는 광 발열 폴리에스테르 필름의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광발열 분말과 제1 폴리에스테르 칩을 광발열 칩 성형장치에 투입하는 단계, 제1 폴리에스테르 칩을 가열 융융시켜, 광발열 분말과 교반 혼합하는 단계, 광발열 분말이 혼합된 수지 용융액을 압출 냉각하여 광발열 칩을 제조하는 단계, 광발열 칩과 제2 폴리에스테르 칩을 필름 성형장치에 투입하여 가열 용융하는 단계 및, 용융된 수지 혼합액을 필름으로 압출하는 단계를 포함하는 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법을 제공한다.

여기서, 본 발명에 따른 광발열 분말은 입자크기는 600~800nm인 탄소분말, 그라파이트(Graphite) 분말, 탄소나노튜브(CNT) 분말 중 어느 하나이며, 광발열 칩 전체 중량을 기준으로 3~7 중량%로 혼합된다.

그리고, 본 발명에 따른 제1 폴리에스테르 칩의 고유점도(I.V)는 0.5~0.65 dl/g이다.

그리고, 본 발명에 따른 제2 폴리에스테르 칩은 전체 필름 중량을 기준으로 70~85 중량%로 혼합되며, 고유점도(I.V)는 0.75~0.9 dl/g이다.

그리고, 이와 같이 본 발명에 따라 제조된 광발열 폴리에스테르 필름의 전방 50cm에 13,000lux의 조도의 광으로 10분 조사한 후 소등하여 측정한 10분 동안의 온도 변화율은 100% 이상이다.

본 발명에 따라 제조되는 광발열 폴리에스테르 필름은 전원의 공급 없이도 태양광에 의해 발열됨에 따라 전원공급이 용이하지 않은 환경에 적용될 수 있으며, 특히 농업용 멀칭필름 또는 비닐하우스용 비닐로 사용 시 지온을 상승시키고 작물을 보호할 수 있어 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광발열 시트 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광발열 칩을 성형하는 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 성형장치에 의해 제조된 광발열 칩의 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시 예와 비교 예의 광발열 성능으로 시험한 결과 그래프이다.

이하, 본 발명을 구현하기 위한 바람직한 실시예를 상세히 살펴보면 다음과 같다.

실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 광발열 폴리에스테르 필름 제조방법의 순서도가 도시되어 있는데, 이를 참조하면 광발열 분말을 제1 폴리에스테르 칩과 함께 광발열 칩 성형장치에 투입하는 단계(S110), 제1 폴리에스테르 칩을 가열 융융시키고, 광발열 분말을 이에 교반 혼합하는 단계(S120), 광발열 분말이 혼합된 수지 용융액을 압출 냉각하여 광발열 칩을 제조하는 단계(S130), 광발열 칩을 제2 폴리에스테르 칩과 함께 필름 성형장치에 투입하여 가열 용융하는 단계(S140), 용융된 수지 혼합액을 필름으로 압출하는 단계(S150)를 거쳐 제조된다.

먼저, S110 단계에서 광발열 분말은 태양광을 증폭하여 발열 되는 광열 기능이 갖는 분말로, 탄소분말, 그라파이트(Graphite) 분말, 탄소나노튜브(CNT) 분말이 사용된다. 이와 같은 광발열 분말은 제1 폴리에스테르 수지에 균일하게 분산되도록 입자가 미세한 나노크기로 형성되는데, 입자의 가공성을 고려하여 600~800nm 크기인 분말이 바람직하다.

도 2에는 광발열 분말과 제1 폴리에스테르 칩을 혼합하여 광발열 칩을 성형하는 장치(100)가 도시되어 있는데, 미세한 크기의 광발열 분말은 제1 폴리에스테르 칩과 함께 성형장치(100)에 투입된다.

이때, 광발열 분말의 첨가양은 광열성능이 발현되도록 일정 양 이상은 혼합되어야 하지만, 과량으로 첨가되면 수지 흐름성이 나빠져 성형이 원활하지 않은 문제가 있어, 광열성능이 발현되면서도 성형이 원활하도록 광발열 칩 전체 중량을 기준으로 3~7 중량%로 혼합된다.

또한, 광발열 분말과 함께 투입되는 제1 폴리에스테르 칩은 광발열 칩이 원활하게 압출 성형될 수 있도록 고유점도(Intrinsic viscosity. I.V)는 0.5~0.65 dl/g인 저점도로 형성된다. 제1 폴리에스테르 수지의 고유점도(I.V)가 0.65 dl/g를 초과하면 첨가되는 광발열 분말로 인하여 수지 흐름성이 저하되어 성형성이 나빠지고, 또한 수지 용융액이 압출 성형되기 위하여 고유점도가 적어도 0.5 dl/g 이상은 되어야 한다.

다음으로, 성형장치(100)를 150~240℃로 가열하여 제1 폴리에스테르 칩을 용융시키고, 나노크기의 광발열 분말을 용융된 수지와 350~400rpm으로 교반 혼합하여 수지 내에 균일하게 분산시킨다(S120). 그 다음으로, 광발열 분말이 혼합되어 융용된 수지 혼합액을 압출 냉각하여 광발열 칩을 제조한다(S130).

그 다음으로, 이와 같이 제조된 광발열 칩을 제2 폴리에스테르 칩과 함께 필름 성형장치에 투입하여 가열 용융시킨다(S140) 필름 성형장치는 횡 방향을 직선 다이를 통하여 시트 또는 필름 형태를 압출하는 T-다이(T die) 압출장치일 수 있다.

이때, 광발열 칩과 함께 투입되는 제2 폴리에스테르 칩은, 소정이 폭과 길이를 가지는 필름 형태로 성형될 수 있도록 수지 용융액의 점도를 조절하도록 투입되는데, 제2 폴리에스테르 칩의 고유점도(Intrinsic viscosity. I.V)는 0.75~0.9 dl/g로 전술한 제1 폴리에스테르 칩과 달리 고점도이며, 전체 필름 중량을 기준으로 제2 폴리에스테르 칩은 70~85 중량%가 첨가된다. 이와 같이 가열되어 조성되는 수지 혼합액에는 광발열 분말이 4.5~21 중량%로 혼합되며, 수지 혼합액을 350~400rpm으로 교반하여 광발열 분말을 수지 혼합액 내에 균일하게 분산시킨다.

그 다음으로, 용융된 수지 혼합액을 필름으로 압출하여 광발열 폴리에스테르 필름을 제조한다(S150). 압출된 고열의 필름은 냉각 고화된 후 롤에 권취된다.

이와 같이 제조되는 광발열 폴리에스테르 필름은 전원의 공급 없이도 태양광에 의해 발열됨에 따라 전원공급이 용이하지 않은 환경에 적용될 수 있으며, 특히 농업용 멀칭필름으로 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

실시 예

입자크기가 700nm인 그라파이트 분말 20g과 고유점도가 0.65인 폴리에스테르 칩 400g을 압출 성형장치에 투입하여 270℃에서 1시간 동안 가열 용융하고, 압출시켜 냉각한 후, 2mm 크기로 절단하여 도 3과 같은 광발열 칩을 제조하였다. 광발열 칩 100g을 고유점도가 0.8인 폴리에스테르 칩 500g을 압출 성형장치에 투입하여 280℃에서 1시간 동안 가열 용융하고 필름형태로 압출하였다.

비교 예

고유점도가 0.8인 폴리에스테르 칩 600g을 압출 성형장치에 투입하여 280℃에서 1시간 동안 가열 용융하고 필름형태로 압출하였다.

<광 발열성능 테스트>

13,000lux의 조도로 조사되는 할로겐 램프 전방 50cm에 실시 예와 비교 예를 위치시켜 각각의 표면으로 광이 입사되도록 한 후, 10분 동안 광을 조사한 후 소등하였다. 광이 조사되는 10분 동안과 광이 조사되지 않은 이후 20분, 총 30분 동안 실시 예와 비교 예의 표면온도를 1분 간격으로 측정하였다. 그 결과는 아래 표 1과 도 4와 같다.

표 1 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 실시 예는 광이 조사되는 10분 동안 온도가 21.4~43.45℃로 측정되어 지속적으로 증가하였음을 알 수 있었으며, 이후 광이 조사되지 않은 3분 동안에도 지속적으로 온도가 증가하여 13분에는 43.93℃의 최고 온도로 측정되었다.

이와 비교하여 비교 예는 광이 조사되는 10분 동안 온도가 21.5~34.81℃로 실시 예와 비교하여 온도증가 폭이 크지 않았으며, 이후 광이 조사되지 않은 1분 동안에는 온도가 증가하였으나, 이후 2분부터는 온도가 크게 감소하여 13분 시점에서는 실시 예와 무려 14℃의 차이로 측정되었다.

이와 같은 결과로부터 실시 예의 광발열 분말이 광에 의해 발열되어 온도를 상당히 상승시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (7)

1. 광발열 분말과 제1 폴리에스테르 칩을 광발열 칩 성형장치에 투입하는 단계;
   상기 제1 폴리에스테르 칩을 가열 융융시켜, 상기 광발열 분말과 교반 혼합하는 단계;
   상기 광발열 분말이 혼합된 수지 용융액을 압출 냉각하여 광발열 칩을 제조하는 단계;
   상기 광발열 칩과 제2 폴리에스테르 칩을 필름 성형장치에 투입하여 가열 용융하는 단계; 및,
   용융된 수지 혼합액을 필름으로 압출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광발열 분말은 입자크기는 600~800nm인 탄소분말, 그라파이트(Graphite) 분말, 탄소나노튜브(CNT) 분말 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 광발열 분말은 광발열 칩 전체 중량을 기준으로 3~7 중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 폴리에스테르 칩의 고유점도(I.V)는 0.5~0.65 dl/g인 것을 특징으로 하는 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 폴리에스테르 칩은 전체 필름 중량을 기준으로 70~85 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 폴리에스테르 칩의 고유점도(I.V)는 0.75~0.9 dl/g인 것을 특징으로 하는 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 의해 제조된 광발열 폴리에스테르 필름의 전방 50cm에 13,000lux의 조도의 광으로 10분 조사한 후 소등하여 측정한 10분 동안의 온도 변화율은 100% 이상인 것을 특징으로 하는 광발열 폴리에스테르 필름의 제조방법.

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