KR20220102768A - 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 의해 제조된 필름 - Google Patents

셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 의해 제조된 필름 Download PDF

Info

Publication number
KR20220102768A
KR20220102768A KR1020210005093A KR20210005093A KR20220102768A KR 20220102768 A KR20220102768 A KR 20220102768A KR 1020210005093 A KR1020210005093 A KR 1020210005093A KR 20210005093 A KR20210005093 A KR 20210005093A KR 20220102768 A KR20220102768 A KR 20220102768A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coating
thin film
cellulose nanofiber
aqueous solution
film
Prior art date
Application number
KR1020210005093A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102621343B1 (ko
Inventor
김홍석
박종협
문경민
권대현
Original Assignee
율촌화학 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 율촌화학 주식회사 filed Critical 율촌화학 주식회사
Priority to KR1020210005093A priority Critical patent/KR102621343B1/ko
Publication of KR20220102768A publication Critical patent/KR20220102768A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102621343B1 publication Critical patent/KR102621343B1/ko

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04Coating
    • C08J7/0427Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/28Processes for applying liquids or other fluent materials performed by transfer from the surfaces of elements carrying the liquid or other fluent material, e.g. brushes, pads, rollers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0209Multistage baking
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D101/00Coating compositions based on cellulose, modified cellulose, or cellulose derivatives
    • C09D101/02Cellulose; Modified cellulose
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

본 명세서에는 산소 배리어성이 우수하면서도, 균일한 박막을 가지는 필름을 제조할 수 있는 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 따라 제조된 필름이 개시된다.

Description

셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 의해 제조된 필름 {METHOD FOR MANUFACTURING CELLULOSE NANOFIBER COATED THIN FILM AND FILM MANUFACTURED BY THE SAME}
본 명세서는 젖음(Wet) 코팅 방식을 적용하면서, 산소배리어 기능을 부여할 수 있으며, 투명한 광학 특성을 유지할 수 있는 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 따라 제조된 필름에 관한 것이다.
식품 포장재나 의료용 포장재는 주로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등 범용 고분자 필름 (PET, OPP, CPP, LLDPE 등)의 복합재질로 이루어져 있다. 또한 주변의 가스 환경 조건에 따라 수분 손실 및 흡수, 산소와의 반응 등에 의하여 제품의 품질에 영향을 주므로, 산소 및 수분 배리어 특성을 부여하기 위하여 실리카나 알루미나를 증착 또는 코팅하거나, EVOH(ethylene vinyl alcohol copolymer), 나일론, 폴리아크릴로 니트릴, PVDC(polyvinyliolene chloride)와 같은 기체 차단성이 우수한 고분자 필름을 적층하여 사용한다.
그러나, 알루미늄 증착 필름의 경우 불투명해지며, 무기물을 증착시키는 경우 높은 증착비용으로 인해 생산단가가 증가하는 단점이 있으며, 기체 차단성 고분자 필름의 경우 얇은 박막을 형성하기 어려운 문제점을 갖는다. PVDC는 우수한 수분 차단성을 나타내는 한편, 염소계를 사용하는 고분자로써 이의 사용과 관련하여 환경오염과 인체 유해성이 대두되고 있는 실정이다. 나일론은 PVDC, 알루미늄 박막 합지 또는 증착 코팅의 필름에 비하여 수분 차단 특성이 낮은 것으로 알려져 있다.
또한, 알루미늄 박막 합지 또는 증착 코팅 필름은 높은 수분 차단성을 지니며 제조 공정이 보편화되어 다양한 기업에서 사용하고 있으나, 공정 추가와 원료가격에 의해 제조 단가가 상대적으로 높아 상용화가 어렵고, 박막 합지 공정 또는 증착 공정 중 균열 또는 핀홀 발생 가능성이 높아 수분 차단에 문제점이 발생할 가능성이 있다.
또한 알루미늄이나 PVDC 등의 염소 가스 발생을 유발하는 필름은 친환경적이지 않은 방법이다. 이에, 재활용이 용이하고 인쇄 및 복합 소재 제조를 위한 후공정이 용이한 배리어 기능을 갖는 친환경 필름의 요구가 증대 되고 있다.
한편, 셀룰로오스 나노파이버는 지구 상에 풍부하게 존재하는 재생 가능한 바이오매스 자원 중 하나인 셀룰로오스를 원료로 하는 나노 섬유로서, 차세대 친환경 바이오매스 소재로써 주목 받고 있으나, 높은 가격 및 연구 개발 단계에서의 기계적 물성을 높여주고, 증점제, 보강제로의 첨가제용으로의 활용만 되고 있는 상황이다. 또한, 경제적인 코팅 방법에 의한 활용법이 확립되어 있지 않아 상용화를 위한 셀룰로오스 나노파이버의 개발 요구가 큰 시점이다.
종래 기술의 경우 박막 제조가 어려워 현재 높은 가격을 가지고 있는 셀룰로오스 나노파이버 소재의 상용화에 기여하지 못하고 있다.
한국 공개특허 10-2020-0092162
본 명세서에서는 친환경 소재인 셀룰로오스 나노파이버의 복합 수용액을 범용 고분자필름에 박막 습식 코팅하는 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서에서는 산소배리어 특성이 우수한 셀룰로오스 나노파이버의 복합 수용액 코팅액의 균일한 박막 형성에 의한 산소배리어 특성 부여 및 투명한 범용 고분자필름의 투과도를 유지할 수 있는 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 복합 수용액을 준비하는 준비 단계; 상기 복합 수용액을 고분자 필름 상에 코팅하는 코팅 단계; 코팅 필름을 2 이상의 건조 챔버에 통과시켜 열풍 건조하는 건조 단계; 및 건조된 코팅 필름을 열 압착하는 압착 단계;를 포함하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서는, 전술한 제조방법에 따라 제조된 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 친환경 소재인 셀룰로오스 나노파이버의 복합 수용액을 범용 고분자필름에 박막으로 습식 코팅할 수 있으며, 산소배리어 특성을 부여할 수 있다. 또한, 범용 고분자필름의 투과도를 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 명세서의 예시적인 구현예들을 상세히 설명한다.
본 명세서의 예시적인 구현예들에서는, 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 복합 수용액을 준비하는 준비 단계; 상기 복합 수용액을 고분자 필름 상에 코팅하는 코팅 단계; 코팅 필름을 2 이상의 건조 챔버에 통과시켜 열풍 건조하는 건조 단계; 및 건조된 코팅 필름을 열 압착하는 압착 단계;를 포함하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법을 제공한다.
예시적인 구현예에서, 상기 준비 단계는, 상기 복합 수용액은 수용성 상호 충돌 방법을 이용하여 셀룰로오스 나노파이버를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 셀룰로오스 나노파이버는 셀룰로오스 섬유를 미세화 하여 얻어지며, 식물유래의 섬유, 동물유래의 섬유, 미생물유래의 섬유 등을 사용 할 수 있다. 바람직 하게는 식물유래의 섬유에서 목질유래의 섬유를 사용하는 것이 바람직하며 활엽수 표백 크라프트 펄프가 가장 바람직하다.
또한 미세화 하는 방법으로는 화학적 처리 방법 및 기계적 처리 방법으로 나누어 제조할 수 있으며, 화학적 처리 방법 제조로는 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실-4-일(TEMPO), 카복시메틸(CM), 인산에스테르로 선택되어 사용 할 수 있다. 또한 기계적 처리 방법으로는 그라인더기, 고압균질기, ACC(수용성 상호 충돌, aqueous counter collision) 방법이 있으며, 리파이너 및 비터 등을 사용하여 셀룰로오스 마이크로파이버를 잘게 자르고, 응집되는 정도를 완화시키는 해섬을 실시 할 수 있다. 바람직하게는 물리적인 방법을 사용하며, 리파이너로 해섬을 하고 수용성 상호 충돌 방법을 사용하여 나노화 함과 동시에 수용액 분산액을 제조 할 수 있다.
수용성 상호 충돌 방법에서는 2개 이상의 노즐을 통해 500bar 이상의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사시켜 충돌시켜 섬유 폭이 균일한 분산 수용액을 제조할 수 있다. 예를 들어, 충돌 각도 168도, 충돌 방향 3방향으로, 3개의 노즐을 통해 500 내지 2,000bar의 고압으로 수용액을 분사하여 충돌시키는 것이 바람직하다.
일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버의 직경 평균은 5nm~50nm 이며, 분자 구조간의 엉킴 및 뭉침을 최소화 할 수 있고, 플라스틱 기재 필름과의 코팅성이 향상 될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 복합 수용액은 상기 복합 수용액 전체 중량을 기준으로 셀룰로오스 나노파이버 0.5 내지 3 중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1.0 중량%를 포함할 수 있다. 2.0wt% 이상의 함량에서는 점도가 비하급수적으로 증가하여 코팅 도막 형성 시 불균일한 도포막을 형성할 수 있으며, 0.5wt% 이하의 함량에서는 박막 코팅 형성 시 미 도포 되는 현상이 발행 할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 복합 수용액은 밀착 향상제 및 가교제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 밀착 향상제는 PVA(Poly vinyl alcohol), EVOH(Ethylene vinyl alcohol), PVB(Polyvinyl butyral), 폴리올레핀, 이소시아네이트, 및 염소화 PP(Polypropylene) 로 이루어진 군에서 선택할 수 있으며, 바람직하게는 PVA(Poly vinyl alcohol)를 선택할 수 있다.
수용성 상호 충돌 방법에서 셀룰로오스를 나노화를 진행 할 때, 밀착 향상제인 PVA(Poly vinyl alcohol)을 포함 할 수 있다. 셀룰로오스 나노파이버의 수용액 상에서의 분산성을 향상시킴과 동시에 셀룰로오스 나노파이버와의 상용성을 향상 시켜 복합 수용액을 제조 할 수 있다.
또한, 상기 제조된 복합수용액에 셀룰로오스 나노파이버 분자간의 망상 구조를 더욱 견고하게 하는 가교 반응을 유도하고, 이에 가교 밀도가 향상되어 가스 배리어 특성을 향상 시킬 수 있는 가교제를 첨가 할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가교제는 디알데히드(dialdehyde), 글리옥살(glyoxal), 글루타르알데히드(glutaraldehyde), 폴리카르복실산(polycarboxyl acid), 시트르산(citric acid), 숙신산(succinic acid), 타르타르산(tartaric acid), 에틸말론산(ethylmalonic acid), 및 아디프산 디하이드라자이드(adipic acid dihydrazide)로 이루어진 군에서 선택할 수 있으며, 바람직하게는 아디프산 디하이드라자이드를 선택할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 복합 수용액 전체 중량을 기준으로 밀착 향상제 0.1 내지 1.0 중량% 및 상기 셀룰로오스 나노파이버 고형분 전체 중량을 기준으로 가교제 1 내지 3 중량%를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 밀착 향상제는 바람직하게는 0.5wt%로 포함할 수 있으며, 1.0wt% 이상의 함량에서는 복합수용액 전체의 농도가 증가하여 코팅 도막 형성 시 불균일한 도포막을 형성할 수 있으며, 0.1wt% 이하의 함량에서는 기재필름과의 밀착력을 구현 할 수 없다.
예컨대, 아디프산 디하이드라자이드와 같은 가교제는 셀룰로오스 나노파이버 고형분 대비 1~3wt%를 첨가 할 수 있으며, 바람직하게는 1.5wt%를 첨가 할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 복합 수용액은 레벨링제, UV 흡수제, 산화방지제, 소포제, 부식 방지제, 대전방지제 및 가소제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이는 코팅성을 향상 시키는 목적과, 코팅 도막 형성 후 안정성 확보를 위한 것이다.
따라서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 셀룰로오스 나노파이버의 복합 수용액에 범용 고분자 필름과의 밀착력을 향상시키기 위한 밀착 향상제, 셀룰로오스 분자를 촘촘하게 망상 구조의 가교를 유도하여 구조 사이사이의 밀도를 향상 시키는 가교제, 대량 생산에 용이한 장폭의 범용고분자필름과의 균일한 박막층을 형성하기 위한 레벨링제를 포함하여 코팅액을 얻고, 상기 코팅액을 범용 고분자 필름에 Roll to Roll 방식으로 연속적으로 진행되는 연속 공정을 한정하여 제공할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌(PE; Polyethylene), 폴리프로필렌(PP; Polypropylene), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Poly(methyl methacrylate)), 폴리이미드(PI; polyimide), 연신폴리프로필렌(OPP; Oriented Polypropylene), 이축연신폴리프로필렌(BOPP; Biaxially oriented Polypropylene), 폴리에틸렌 2,6-디카르복실 나프탈레이트(PEN; Polyethylene 2,6-dicarboxyl naphthalate), 폴리에테르설폰(PES; polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester) 또는 폴리스티렌(PS; Polystyrene)일 수 있다.
이후, 범용 고분자 필름 기재에 대한 셀룰로오스 나노파이버 분산수용액의 코팅 방식은 연속 방식으로 롤 코터를 적용 할 수 있다. 예를 들어 그라비아 코팅, 롤 코팅, 바 코팅, 닥터 블레이드 코팅 등을 통해 코팅 될 수 있다. 바람직하게는 연속적인 공정을 통한 대량 생산이 가능하도록, 그라비아 코팅 또는 롤 코팅을 통해 코팅되는 것이 바람직하다.
셀룰로오스 나노파이버 복합 수용액은 통상의 그라비아 코팅 장치에서 급지부에서 공급된 범용 고분자 필름이 코팅 롤과 가이드 롤 사이를 통과하며, 이때 코팅 롤은 수용조에 수용된 셀룰로오스 나노파이버 복합수용액을 픽업한 다음, 범용 고분자 필름의 표면에 전사시켜 코팅을 실시한다. 그리고 코팅 롤에 픽업된 코팅액을 스크랩(scrape)하여, 균일하게 평활한 두께로 코팅(전사) 하게 된다.
예시적인 구현예에서, 상기 코팅 단계에서, 상기 고분자 필름의 단위 면적당 코팅된 복합 수용액의 중량은 50 내지 100g/m2일 수 있다.
코팅함에 있어서 균일도막 형성 및 생산성, 경제성을 고려한 것으로, 코팅량이 50g 이하일 경우는 dry 이후 도막 두께가 약 0.5㎛ 이하가 되어 상대적으로 초 박막을 형성하게 되고, 이는 배리어 특성이 악화되는 단점이 있다. 또한 코팅량이 100g 이상일 경우에는 충분한 건조를 갖지 못하여 단단한 도막을 형성할 수 없게 된다.
예시적인 구현예에서, 상기 코팅 단계는 그라비아 코팅법 또는 롤 코팅법에 의하여 수행될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 코팅 단계는 코팅 롤과 가이드 롤을 포함하는 그라비아 코팅 장치를 이용하여 수행되며, 상기 코팅롤의 선수는 90 내지 120선이고, 심도는 45 내지 60 μm일 수 있다.
상기 코팅량은 코팅 롤의 선수와 심도를 통해 조절 할 수 있는데, 상기 코팅 롤은 오목한 셀(cell)이 형성되어 있고, 상기 셀의 면적, 깊이 및 개수에 의한 선수와 심도를 가지는데, 이러한 선수와 심도를 통해 코팅량을 조절 할 수 있다. 바람직하게는 선수 90선~120선, 심도 45~60㎛를 가지는 코팅 롤을 사용할 경우 70~90g/m2의 코팅량으로 코팅 되게 할 수 있다.
상기 코팅 단계 후, 가열 열풍 건조 챔버를 통과하여 코팅액의 수분을 증발 제거하고 셀룰로오스 기반의 복합체가 범용 고분자 필름에 안착하게 된다. 건조시 수분을 휘발시켜야 하기 때문에 건조온도는 80~120℃의 온도에서 건조 시키는 것이 좋으며, 바람직하게는 90~110℃의 온도에서 건조시키는 것이 바람직하다.
예시적인 구현예에서, 상기 코팅 단계 이후, 상기 코팅된 필름을 롤러를 이용하여 이동시켜, 상기 건조 단계를 연속적으로 진행할 수 있다.
건조는 코팅 공정 후 연속적으로 진행되는 것이 바람직하다. 구체적으로 코팅된 기재필름을 롤러를 이용하여 건조부로 연속적으로 이송시키면서 건조시키는 것이 생산성에서 유리하다.
또한 열풍 건조 챔버는 4개 이상의 챔버를 활용하는 것이 바람직하며, 단계적으로 온도를 구분하여 건조하는 것이 좋다. 이는, 상온의 온도에서 챔버로 이송될 때 급격하게 온도가 높은 구간이 되면 수분의 휘발되는 속도가 빠르며 이는 기재필름의 수축을 유발할 수 있다. 따라서 건조 온도는 점차 상향하여 조건을 설정하는 것이 바람직하다.
예시적인 구현예에서, 상기 건조 단계에서, 상기 건조 챔버는 4개 이상이고, 상기 코팅 필름은 상기 건조 챔버를 순차적으로 통과하며 건조될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 4개 이상의 건조 챔버들은 서로 다른 온도를 가지며,
상기 코팅 필름은 상기 4개 이상의 건조 챔버 중 가장 낮은 온도를 가지는 건조 챔버부터 가장 높은 온도를 가지는 건조 챔버까지 온도 순으로 통과하여 건조될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 코팅 필름이 온도 순으로 건조 챔버를 통과하는 경우, 현재 통과 중인 건조 챔버의 온도와 이후에 연속적으로 통과할 건조 챔버의 온도의 차이가 15℃이하일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 건조 챔버의 온도는 80 내지 120 ℃일 수 있다.
상기 건조 단계 후, 상기 건조된 코팅 필름을 이송하여 2개의 압착롤러 사이를 통과시켜 압착시키며, 열과 압력을 가하여 압착시킨다. 압착롤러 중 적어도 하나 이상은 열을 공급하는 것이 바람직하다. 그리고 2개의 압착롤러 중에서 적어도 하나 이상은 수직 이동이 가능하여, 코팅 박막의 두께에 따라 적절한 가압력을 제공할 수 있다.
위와 같이 2개의 압착롤러 사이를 통과하면서 가해진 열과 압력에 의해 셀룰로오스 나노파이버의 박막은 고분자 필름 기재에 고착되며 균일하게 도막을 형성할 수 있게 된다. 바람직하게는 50~70 ℃의 열과 1.5~2.5 kgf의 압력을 가하여 열 압착시키는 것이 바람직하다. 또한, 선택적으로 최종 코팅된 고분자 필름을 권취하기 전에 냉각시킬 수 있다. 냉각을 시킴으로 고착된 셀룰로오스 나노파이버 도막을 견고하게 형성할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 압착 단계는 2개의 압착 롤러 사이를 통과하여 수행될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 압착 롤러 중 하나 이상은 50 내지 70 ℃의 열을 가할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 압착 롤러 중 하나 이상은 1.5 내지 2.5 kgf의 압력을 가할 수 있다.
본 명세서의 또다른 예시적인 구현예들에서는, 전술한 제조방법에 따라 제조된 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름을 제공한다.
일 구현예에서 상기 필름은 고분자 필름; 및 고분자 필름 상의 셀룰로오스 나노파이버 코팅층;을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 필름의 두께는 1.2 ~ 2.0 μm 일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름은 식품 포장재 및 의료용 포장재에 사용되는 배리어 필름(Barrier Film)으로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 구체적인 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것임이 이해될 것이다.
실시예
실시예
- 셀룰로오스 나노파이버 복합수용액에서 셀룰로오스는 활엽수 표백 크라프트 펄프를 미세화 하였으며, 기계적 처리 방법인 리파이너로 해섬을 하고 수용성 상호 충돌 방법을 사용하여 나노화 함과 동시에 수용액 분산액을 제조 하였고, 전체 중량 대비 1.0wt%로 구성하였다.
- 수용성 상호 충돌은 충돌 각도 168도, 충돌 방향 3방향으로, 3개의 노즐을 통해 1,500bar의 고압으로 수용액을 분사하여 충돌시켰으며, 밀착 향상제인 PVA(Poly vinyl alcohol)을 전체 중량 대비 0.5wt%로 첨가하여 제조하였다.
- 가교제는 아디프산 디하이드라자이드를 셀룰로오스 나노파이버 고형분 대비 1.5wt% 첨가하였다.
- 범용 고분자 기재 필름으로는 OPP(율촌화학 社) 두께 50㎛, PET(SKC 社) 두께 50㎛를 사용하였으며, 생산성 확보를 위하여 800mm 장폭의 코팅필름을 형성하였다.
- 코팅 방식은 연속 방식으로 그라비아 코팅을 진행 하였으며, 평량(단위 면적당 코팅된 코팅액의 중량)은 50 g/m2, 75 g/m2, 100 g/m2 코팅량 즉, 도막 두께 0.5㎛, 1.12㎛, 1.5㎛ 를 형성하였다.
- 셀룰로오스 나노파이버 복합수용액을 코팅한 다음 건조온도는 5개의 챔버로 구성하였으며, 각 1zone~5zone 까지는 각각 80℃, 85℃, 95℃, 100℃, 110℃의 온도에서 건조 하였다. 또한 압착롤러를 통과시켜 압착시켰으며, 이때 1개의 압착롤러에 60℃의 열을 가하였고, 압력은 2.0kgf를 가하여 셀룰로오스 나노파이버 코팅 도막을 형성하였다.
비교예
- 비교예로 상기의 범용 고분자 필름인 OPP, PET 필름의 배리어 특성 및 광학특성을 평가 하였으며, 압착롤러를 통과시키지 않고 열풍 건조로만 형성한 코팅 필름을 비교하였다.
실험예
평가 방법
- 산소배리어 : 고순도의 산소를 측정 시료 반대편으로 흘려 반대편으로 이동된 산소량을 전자 신호로 바꾸어 함량을 측정하며, ASTM F1927-14의 규격에 맞추어 온도 23℃의 조건하에서 24시간 측정하였다.
- 전광선 투과도 : ASTM D1003에 의한 전광선 투과율을 코니카미놀타 社의 CM-2000 장비를 활용하여 400 내지 850nm의 가시광선 파장 범위에서 측정하였다.
- 두께 평활도 : 800mm의 필름 폭을 기준으로 MD(기계적 방향)/TD(폭 방향)을 각각 3point 즉 MD 방향 3point, TD 방향 3point 총 9 point를 측정하여 코팅 도막 두께의 균일성을 주사전자현미경 (SEM-Scanning Electron Microscope, Hitachi社)을 이용하여 측정하였다. 측정된 9 point에서의 코팅 도막 두께 편차를 고찰하여 3% 이내의 편차일 경우 매우 양호(◎), 4% 이내의 편차일 경우 양호(○), 5% 이내의 편차일 경우 보통(□), 6% 이내의 편차일 경우 미흡(△)으로 나누어 평가하였다.
비고 실시예 비교예
필름 OPP PET OPP PET
평량
(g/m2)
50 75 100 50 75 100 75 미코팅 75 미코팅
열압착 O O O O O O X X X X
도막 두께
(㎛/dry)
0.48 1.09 1.44 0.49 1.10 1.47 1.15 - 1.18 -
두께 평활도 - -
산소배리어cc/(m2*day) 0.5↓ 0.5↓ 0.5↓ 0.5↓ 0.5↓ 0.5↓ 0.5↓ 1486 0.5↓ 138
전광선투과율
(%)
92.5 91.8 90.7 91.1 91.0 90.6 90.7 93.2 90.8 91.5

Claims (19)

  1. 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 복합 수용액을 준비하는 준비 단계;
    상기 복합 수용액을 고분자 필름 상에 코팅하는 코팅 단계;
    코팅 필름을 2 이상의 건조 챔버에 통과시켜 열풍 건조하는 건조 단계; 및
    건조된 코팅 필름을 열 압착하는 압착 단계;를 포함하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 준비 단계는,
    상기 복합 수용액은 수용성 상호 충돌 방법을 이용하여 셀룰로오스 나노파이버를 얻는 단계를 포함하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복합 수용액은 상기 복합 수용액 전체 중량을 기준으로 셀룰로오스 나노파이버 0.5 내지 3 중량%를 포함하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합 수용액은 밀착 향상제 및 가교제를 더 포함하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복합 수용액 전체 중량을 기준으로 밀착 향상제 0.1 내지 1.0 중량% 및 상기 셀룰로오스 나노파이버 고형분 전체 중량을 기준으로 가교제 1 내지 3 중량%를 포함하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복합 수용액은 레벨링제, UV 흡수제, 산화방지제, 소포제, 부식 방지제, 대전방지제 및 가소제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌(PE; Polyethylene), 폴리프로필렌(PP; Polypropylene), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Poly(methyl methacrylate)), 폴리이미드(PI; polyimide), 연신폴리프로필렌(OPP; Oriented Polypropylene), 이축연신폴리프로필렌(BOPP; Biaxially oriented Polypropylene), 폴리에틸렌 2,6-디카르복실 나프탈레이트(PEN; Polyethylene 2,6-dicarboxyl naphthalate), 폴리에테르설폰(PES; polyethersulfone), 폴리에스테르(Polyester) 또는 폴리스티렌(PS; Polystyrene)인, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계에서,
    상기 고분자 필름의 단위 면적당 코팅된 복합 수용액의 중량은 50 내지 100g/m2인, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계는 그라비아 코팅법 또는 롤 코팅법에 의하여 수행되는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계는 코팅 롤과 가이드 롤을 포함하는 그라비아 코팅 장치를 이용하여 수행되며,
    상기 코팅롤의 선수는 90 내지 120선이고, 심도는 45 내지 60 μm인, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계 이후,
    상기 코팅된 필름을 롤러를 이용하여 이동시켜, 상기 건조 단계를 연속적으로 진행하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 건조 단계에서,
    상기 건조 챔버는 4개 이상이고, 상기 코팅 필름은 상기 건조 챔버를 순차적으로 통과하며 건조되는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 4개 이상의 건조 챔버들은 서로 다른 온도를 가지며,
    상기 코팅 필름은 상기 4개 이상의 건조 챔버 중 가장 낮은 온도를 가지는 건조 챔버부터 가장 높은 온도를 가지는 건조 챔버까지 온도 순으로 통과하여 건조되는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 코팅 필름이 온도 순으로 건조 챔버를 통과하는 경우,
    현재 통과 중인 건조 챔버의 온도와 이후에 연속적으로 통과할 건조 챔버의 온도의 차이가 15℃ 이하인, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 건조 챔버의 온도는 80 내지 120 ℃인, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 압착 단계는 2개의 압착 롤러 사이를 통과하여 수행되는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 압착 롤러 중 하나 이상은 50 내지 70 ℃의 열을 가하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 압착 롤러 중 하나 이상은 1.5 내지 2.5 kgf의 압력을 가하는, 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법.
  19. 제1항 내지 제18항의 제조방법에 따라 제조된 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름.
KR1020210005093A 2021-01-14 2021-01-14 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 의해 제조된 필름 KR102621343B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210005093A KR102621343B1 (ko) 2021-01-14 2021-01-14 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 의해 제조된 필름

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210005093A KR102621343B1 (ko) 2021-01-14 2021-01-14 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 의해 제조된 필름

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220102768A true KR20220102768A (ko) 2022-07-21
KR102621343B1 KR102621343B1 (ko) 2024-01-08

Family

ID=82610089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210005093A KR102621343B1 (ko) 2021-01-14 2021-01-14 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 의해 제조된 필름

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102621343B1 (ko)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011149124A (ja) * 2010-01-21 2011-08-04 Oji Paper Co Ltd 微細繊維状セルロースコンポジットシート積層体の製造方法
KR101545151B1 (ko) * 2015-01-02 2015-08-21 주식회사 대환 탄소 코팅사 제조장치 및 제조방법
KR20180093379A (ko) * 2017-02-13 2018-08-22 울산과학기술원 유연성 투명필름의 제조장치 및 유연성 투명필름의 제조방법
KR20190094873A (ko) * 2018-02-06 2019-08-14 주식회사 엘지화학 나노셀룰로오스 필름의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 나노셀룰로오스 필름
KR20190126308A (ko) * 2017-03-16 2019-11-11 다이오 페이퍼 코퍼레이션 셀룰로오스 나노파이버 필름의 제조 방법
JP2019534396A (ja) * 2016-10-31 2019-11-28 ストラ エンソ オーワイジェイ ミクロフィブリル化セルロースを含むコーティング層を形成する方法
JP2020516495A (ja) * 2017-04-12 2020-06-11 ストラ エンソ オーワイジェイ ミクロフィブリル化セルロース及びミクロフィブリル化ジアルデヒドセルロースを含むバリアフィルム及びそのバリアフィルムを製造するための方法
KR20200092162A (ko) 2019-01-24 2020-08-03 율촌화학 주식회사 셀룰로오스 나노 섬유를 포함하는 배리어 필름 및 이의 제조방법
KR20200092528A (ko) * 2019-01-24 2020-08-04 율촌화학 주식회사 배리어 필름 코팅용 조성물, 이를 포함하는 배리어 필름 및 이의 제조방법
JP2020158927A (ja) * 2019-03-27 2020-10-01 王子ホールディングス株式会社 シートおよびシートの製造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011149124A (ja) * 2010-01-21 2011-08-04 Oji Paper Co Ltd 微細繊維状セルロースコンポジットシート積層体の製造方法
KR101545151B1 (ko) * 2015-01-02 2015-08-21 주식회사 대환 탄소 코팅사 제조장치 및 제조방법
JP2019534396A (ja) * 2016-10-31 2019-11-28 ストラ エンソ オーワイジェイ ミクロフィブリル化セルロースを含むコーティング層を形成する方法
KR20180093379A (ko) * 2017-02-13 2018-08-22 울산과학기술원 유연성 투명필름의 제조장치 및 유연성 투명필름의 제조방법
KR20190126308A (ko) * 2017-03-16 2019-11-11 다이오 페이퍼 코퍼레이션 셀룰로오스 나노파이버 필름의 제조 방법
JP2020516495A (ja) * 2017-04-12 2020-06-11 ストラ エンソ オーワイジェイ ミクロフィブリル化セルロース及びミクロフィブリル化ジアルデヒドセルロースを含むバリアフィルム及びそのバリアフィルムを製造するための方法
KR20190094873A (ko) * 2018-02-06 2019-08-14 주식회사 엘지화학 나노셀룰로오스 필름의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 나노셀룰로오스 필름
KR20200092162A (ko) 2019-01-24 2020-08-03 율촌화학 주식회사 셀룰로오스 나노 섬유를 포함하는 배리어 필름 및 이의 제조방법
KR20200092528A (ko) * 2019-01-24 2020-08-04 율촌화학 주식회사 배리어 필름 코팅용 조성물, 이를 포함하는 배리어 필름 및 이의 제조방법
JP2020158927A (ja) * 2019-03-27 2020-10-01 王子ホールディングス株式会社 シートおよびシートの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102621343B1 (ko) 2024-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6422932B2 (ja) 包装材料、真空断熱体、包装材料の製造方法、及び真空断熱体の製造方法
EP3025857B1 (en) Sheet material and barrier packaging container using same, and process for manufacturing sheet material
JP4868706B2 (ja) 酸素ガスバリア性塗布および塗布フィルム
JP5350825B2 (ja) ガスバリア性積層体とその製造方法
CN107097503A (zh) 纸或纸板基体,制造所述基体的方法和由所述基体形成的包装
KR20180067535A (ko) Ncc 필름 및 그 제품
Chowdhury et al. Roll-to-roll fabrication of cellulose nanocrystal-poly (vinyl alcohol) composite coatings with controlled anisotropy
CN113166448B (zh) 生产包含纤维素纳米材料的膜或涂层的方法
CN112334531B (zh) 水性乙烯-乙烯醇共聚物分散体和涂覆有所述分散体的氧阻隔多层膜
CN114867772B (zh) 制造包含微原纤化纤维素的纤维素膜的方法
BR112019008748B1 (pt) Um método para formação de uma película compreendendo nanocelulose
JP2023549562A (ja) 包装材料用バリアフィルム
KR20210010823A (ko) 인라인 코팅된 이축 배향 폴리에틸렌 포일 및 그 제조 방법
US20220389261A1 (en) Method of producing nanocellulose films
KR101927850B1 (ko) 가스 배리어 필름 및 이의 제조 방법
Kuang et al. Solvent resistance of 2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) treated cellulose nanofiber film for flexible electronics
KR20210094819A (ko) 가교 처리된 나노 셀룰로오스를 이용한 고수분 차단성을 지닌 친환경 코팅 조성물 및 이의 제조방법
KR101823914B1 (ko) 프라이머층을 포함하는 가스 배리어 필름 및 이의 제조 방법
Cataldi et al. Preventing water-induced mechanical deterioration of cardboard by a sequential polymer treatment
KR102621343B1 (ko) 셀룰로오스 나노파이버 코팅 박막 필름 제조방법 및 이에 의해 제조된 필름
KR20200092528A (ko) 배리어 필름 코팅용 조성물, 이를 포함하는 배리어 필름 및 이의 제조방법
JP2023524280A (ja) ナノコーティングされた基材の製造方法
KR20200092162A (ko) 셀룰로오스 나노 섬유를 포함하는 배리어 필름 및 이의 제조방법
CN111491989A (zh)
Ji et al. Optimization of spray-coated nanochitin/nanocellulose films as renewable oxygen barrier layers via thermal treatment

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant