KR20230056112A - 내충격성이 우수한 전기자동차용 친환경 필름형 발포시트 및 이의 제조방법. - Google Patents

내충격성이 우수한 전기자동차용 친환경 필름형 발포시트 및 이의 제조방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물 및 열팽창성 마이크로 캡슐이 함유된 폴리올레핀 수지를 포함하는 필름형 발포시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 필름형 발포시트는 독립기포를 균일하게 가지며, 기포의 셀 직경이 60~100㎛, 밀도가 0.7g/㎖ 이하, 시트의 두께가 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

내충격성이 우수한 전기자동차용 친환경 필름형 발포시트 및 이의 제조방법.{FILM TYPE FOAM SHEET WITH IMPROVED IMPACT RESISTANCE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 실란 수가교용 가교제와 열팽창성 마이크로 캡슐을 폴리올레핀계 수지에 적용하여 압출코팅함으로써 제조된 전기자동차용 친환경 필름형 발포시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 발포배율이 높고 표면 거칠음이 없는 우수한 표면품질을 갖는 전기자동차용 친환경 필름형 발포시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 폴리올레핀계 발포시트는 두께 및 발포밀도를 변화시킴으로써 단열성, 흠음성, 완충성 등의 특징을 가지기 때문에 여러 가지 용도로 이용되고 있다. 이와 같은 폴리올레핀계 발포체는 대부분 전자선가교 메커니즘과 화학발포제를 적용하여 가교를 진행한다. 하지만 전자선 가교방법을 적용한 경우 시간경과시 압축영구줄음율 특성이 초기 대비 약 20% 저하되는 경향이 있다.
또한, 발포제 적용방법에 따라 화학발포제 혹은 물리발포제 등이 적용되고 있는데, 화학발포제는 주로 파우더형태로 적용되는데 열에 의해 분해되어 가스를 발생시킴으로써, 용융된 수지가 팽창되어 밀도를 낮추는 방식이며, 물리발포제는 주로 압출기 혹은 사출기 내에서 용융된 수지 매트릭스에 강제로 가스를 주입시켜 밀도를 낮추는 방식이다.
화학발포제를 사용하는 경우 주로 가교 메카니즘을 적용한 수지 매트릭스를 고온의 열을 가하여 수지를 팽창시키는데, 셀의 크기가 불균일할 뿐만 아니라 분해되지 않은 잔유물이 남아있어 발포시트의 물성을 저하시키는 문제점도 있다. 특히 화학발포제를 적용한 0.3mm 이하의 발포시트는 셀 크기의 불균일성 및 시간경과에 따른 공기와의 치환성에 의해 탄성, 복원력 등이 저하되고, 전부 독립기포가 형성되지 않아 내충격성이 요구되는 발포체로서의 고유 기능을 발휘하지 못하는 문제점을 가지고 있다.
물리발포제를 사용하여 발포시트를 제조하는 경우 압출기의 다이에서 직접 발포시키는 것으로, 일반적으로 셀 크기가 불균일하고, 큰 기포가 형성되며, 표면이 고르지 못하고 박막의 발포시트 생산은 어려워, 적용범위가 한정되는 문제점을 가지고 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2011-0136921호에서는 가전제품의 충격흡수용 발포 포장시트를 제조하는 기술이 공지되어 있으나, 이러한 포장시트는 두께가 15㎜로서 너무 두꺼워 제품의 외관을 포장하는데 불과하다. 모바일이나 TV 가전, 자동차 등에 적용되어 완충재 및 실링재로서 사용되는 필름형 발포시트의 경우 폴리올레핀계 발포시트의 내충격성, 복원성, 기타 물성이 저하되지 않으면서도 0.5㎜ 이하 두께의 필름형 발포시트가 필요하므로 이러한 필름형 발포시트의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 10-2011-0136921호
본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로서, 탄성 및 복원력이 우수하며, 또한 표면의 굴곡 및 거칠음이 없는 미려한 외관을 갖는 열팽창성 마이크로 캡슐을 적용한 필름형 발포시트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 열팽창성 마이크로 캡슐이 균일하게 분산됨으로써 박막의 발포시트를 형성할 수 있는 발포시트의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 필름형 발포시트는 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물 및 열팽창성 마이크로 캡슐이 함유된 폴리올레핀 수지를 포함하는 것으로서, 상기 필름형 발포시트는 독립기포를 균일하게 가지며, 기포의 셀 직경이 60~100㎛, 밀도가 0.7g/㎖ 이하, 시트의 두께가 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물은 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여, 실란커플링제 50~70 중량부, 촉매 0.01~5 중량부 및 개시제 0.01~5 중량부를 혼합하여 이루어지되, 상기 실란 커플링제는 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 또는 비닐트리(2-메톡시에톡시)실란 중에서 단독 혹은 2종 이상 병용하여 사용하고, 상기 촉매는 디부틸틴디라우레이트, 디부틸틴디아세테이트 또는 디부틸아민 중에서 단독 혹은 2종 이상을 병용하여 사용하며, 상기 개시제로는 디큐밀퍼옥사이드를 사용할 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여 상기 열팽창성 마이크로 캡슐이 0.5~15 중량부 함유될 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, EVA수지, 올레핀계 열가소성 엘라스토머 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 필름형 발포시트의 제조방법은 압출성형에 의해 제조되는 것으로서, 폴리올레핀 수지, 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물 및 팽창개시온도가 150~210℃인 열팽창성 마이크로 캡슐을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 상기 열팽창성 마이크로 캡슐의 팽창개시온도 이상으로 압출기 내에서 가열하고 T-다이 또는 회전형 다이(circular-die)에 통과시켜 두께가 0.5㎜ 이하의 필름형 가교발포시트를 연속적으로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 필름형 발포시트는 열팽창성 마이크로 캡슐을 적용함으로써 탄성 및 복원력이 우수하며, 또한 표면의 굴곡 및 거칠음이 없는 미려한 외관을 나타낼 수 있어 모바일이나, TV 가전, 전기 자동차 등에 적용되어 친환경 완충재 및 실링재로 사용할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 발포시트 제조방법에 따르면 열팽창성 마이크로 캡슐이 균일하게 분산됨으로써 박막의 발포시트를 제조할 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 폴리올레핀 필름형 발포시트의 모식도이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 필름형 발포시트는 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물 및 열팽창성 마이크로 캡슐이 함유된 폴리올레핀 수지를 포함하는 것으로서, 상기 필름형 발포시트는 독립기포를 균일하게 가지며, 기포의 셀 직경이 60~100㎛, 밀도가 0.7g/㎖ 이하, 시트의 두께가 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 필름형 발포시트는 독립기포를 균일하게 갖기 때문에 내충격성, 단열성, 복원성 등이 우수하여 모바일이나, TV 가전, 자동차 등에 적용되어 완충재 및 실링재로 사용될 수 있으며, 특히 모바일이나 TV 가전에 사용되기에 적합한 특성을 나타낸다.
또한, 상기 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물은 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여, 실란커플링제 50~70 중량부 및 개시제 0.01~5 중량부를 혼합하여 이루어지되, 상기 실란 커플링제는 비닐트리에톡시실란(Vinyltriethoxysilane), 비닐트리메톡시실란(Vinyltrimethoxysilane) 또는 비닐트리(2-메톡시에톡시)실란(Vinyltri(2-methoxyethoxy)silane) 중에서 단독 혹은 2종 이상 병용하여 사용하고, 상기 촉매로는 디부틸틴디라우레이트(Dibuthyltindilaurate), 디부틸틴디아세테이트(Dibuthyltindiacetate) 또는 디부틸아민(Dibuthylamine) 중에서 단독 혹은 2종 이상을 병용하여 사용하며, 상기 개시제로는 디큐밀퍼옥사이드(Dicumylperoxide)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 필름형 발포시트는 발포 배율의 하한이 1.5배이며 상한이 5배인 것이 바람직하다. 발포 배율이 1.5배 보다 낮으면 내충격성 및 단열성이 저하되며, 5배 보다 높으면 강성이 저하되며 표면 거칠기가 높아져 표면이 균일하지 않은 문제점을 나타내기 때문이다.
또한, 상기 필름형 발포시트는 유기계 및 무기계 화학발포제가 첨가되어 있지 않으며, 화학 가교제 첨가 및 물리적 가교가 적용되지 않는다. 따라서 리사이클의 관점에서 유리한 장점을 나타낸다.
상기 필름형 발포시트는 다음과 같은 제조방법을 통해 제조될 수 있다.
일 실시예에서 상기 필름형 발포시트는 압출코팅에 의해 제조될 수 있다. 구체적으로는 폴리올레핀계 캐리어 레진에 열팽창 마이크로 캡슐을 고농축한 마스터배치와 실란 수가교용 가교제 마스터배치 조성물을 순수 폴리올레핀계 수지와 압출기 호퍼를 통하여 투입한 후 용융시키고 T-다이에서 필름형태의 발포체로 제작을 한 후 와인딩을 할 수 있다. 이때 압출시 이형지 위에 발포된 필름을 코팅할 수 있다. 열팽창성 마이크로 캡슐의 발포개시온도 범위는 150~210℃이다.
또 다른 실시예에서 상기 필름형 발포시트는 압출성형에 의해 제조되되, 폴리올레핀계 캐리어 레진에 열팽창 마이크로 캡슐을 고농축한 마스터배치와 실란 수가교용 가교제 마스터배치 조성물을 순수 폴리올레핀계 수지와 압출기 호퍼를 통하여 투입한 후 용융혼련시키고 회전형 다이에서 에서 필름형태의 발포체로 제작을 한 후 와인딩을 하여 제조할 수 있다. 이때 열팽창성 마이크로 캡슐의 발포개시온도 범위는 150~210℃이다.
상기의 T-다이 또는 회전형 다이 방식으로 제조된 필름형 발포시트는 종래의 전자선가교 발포방식으로 제조된 박막 발포시트에 비해 생산속도가 훨씬 빠르고, 보다 박막화 시킬 수 있으며, 생산과정에서 강제 연신에 의한 두께 조정을 하지 않으므로 사용과정에서 수축이 발생되지 않는 장점이 있다. 특히, 독립기포 비율이 높아 내충격성이 보다 우수한 특징을 가진다.
상기 용융혼련 공정에 있어서, 열팽창성 마이크로 캡슐의 바람직한 함량은 매트릭스 수지 100중량부에 대해 0.5 내지 15중량부이다. 0.5중량부 미만이면, 얻어지는 발포시트의 밀도가 높아져 내충격성이 저하되고, 15 중량부를 초과하면 얻어지는 필름형 발포시트의 표면 품질이 낮아져 적용 등의 면에서 문제가 되는 경우가 있다. 보다 바람직한 열팽창성 마이크로 캡슐의 적용범위는 1~5중량부이다.
상기 열팽창성 마이크로캡슐은, 마이크로스피어라고 불리며 열에 의해 팽창하는 타입의 물리 발포제로. 고분자물질로 이루어진 벽재(shell)가 휘발성 가스 발포제(core)를 내포하고 있는 구조로 가열 시 지름이 5배까지 팽창하고. 완전한 독립 기포셀을 만들며, 미세한 셀을 구현할 수 있는 특징이 있다.
상기 열팽창성 마이크로 캡슐의 발포 후 셀 직경은 60~100㎛ 범위이다. 60㎛ 미만이면, 셀이 지나치게 작아 내충격성, 단열성 등의 발포시트에서 요구되는 성능을 만족시키지 못하고, 100㎛를 초과하면, 셀이 지나치게 커, 제조 후 시간경과에 따른 수축이 발생될 수 있으므로 셀의 직경 범위를 가지도록 제조된다.
상기 용융혼련 공정에 있어서, 가공안정성을 향상시키기 위해, 예를 들어 탈크, 탄산칼슘, 벤토나이트 및 제올라이트 중 선택된 하나의 물질을, 매트릭스 수지 100중량부에 대해 0.5~5중량부 범위에서 적용할 수 있다. 상기 하한치에 미달하면 용융수지의 가공혼련성 증진에 효과를 발휘하지 않아 목적을 달성할 수 없고, 상기 상한치를 초과하면 첨가량 증대에 따른 공정안정성 및 제품의 물성이 저하되어 바람직하지 못하다.
상기 폴리올레핀계 수지로서는, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-a-올레핀 공중합체, 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머, 에틸렌-아세트산 공중합체에서 선택된 중합체를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-a-올레핀 공중합체를 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지의 용융점도는 특별히 한정되지 않는다. 발포시에 열 팽창성 마이크로 캡슐이 풍선과 같은 역할을 하여, 가스가 외부로 방출되지 않는 점에서, 화학발포제를 이용하여 실시하는 경우와 달리, 수지의 용융점도가 낮아도 된다.
상기 폴리올레핀계 필름형 발포시트의 두께는 0.5㎜ 이하, 바람직하게는 0.03~0.5㎜, 더욱 바람직하게는 0.05~0.2㎜이다. 발포시트의 두께가 0.03㎜ 이하면 내충격성이 저하되고, 0.5㎜를 초과하면, 특히, 그것을 전자기기를 구성하는 부품을 기기본체에 고정하기 위해서 사용할 경우 이들 기기들의 박형화를 달성할 수 없게 되므로 바람직하지 못하다.
또한, 상기 폴리올레핀계 필름형 발포시트는 편면 또는 양면에 점착제를 도포하여 점착테이프를 구성함으로써, 전자기기를 구성하는 부품을 기기본체에 접착 고정하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 점착테이프는 필름형 발포시트의 적어도 어느 한 면에 형성된 구성된 점착제 층을 구비하는 것이며, 점착제를 통해 다른 부재에 점착하는 것이 가능하게 된다.
상기 점착제 층을 도포하기 위해 폴리올레핀계 필름형 발포시트의 한면 또는 양면에 코로나 혹은 플라즈마 처리를 실시할 수 있다. 이들 방법에 의해 점착력 향상을 위한 표면에너지를 높일 수 있는데, 이때 바람직한 표면에너지는 36~50dyne 범위이다. 보다 바람직한 표면에너지는 42~45dyne이다.
이러한 제조방법에 의해 수득되는 필름형 발포시트는 발포배율이 높고 표면 거칠음이 없게 된다. 또한, 압출코팅 성형에 의해 열팽창성 마이크로 캡슐의 발포가 균일하게 실시됨으로써, 발포밀도가 낮고, 우수한 외관 및 기존 박막 발포체에 비해 얇으면서도 내충격성 및 복원력이 우수하고 열에 의한 수축성을 최소화한 필름형 발포시트를 제조할 수 있다. 또한, 두께를 조절하기 위한 연신과정이 불필요하여 제조공정의 단순화 및 원가절감의 효과가 있다.
또한, 상기 폴리올레핀계 필름형 발포 시트는 우수한 압축복원력을 가지므로 전자기기에 적용 시 부품간의 충격을 효과적으로 흡수하며, 압축영구 줄음률이 낮아 부품간의 단차발생을 최소화할 수 있으므로 부품간 밀착성 및 충격흡수를 용이하게 하는 패킹재(gasket), 완충제, 스포츠용품, 의료용품 혹은 자동차 배터리의 셀(cell)간의 실링재 등에 적용할 수 있다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
[실란 수가교용 가교제 마스터배치의 제조]
본 발명에 있어서, 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물은 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여, 실란커플링제 50 중량부 및 개시제 0.02 중량부를 혼합하고, 실란 커플링제는 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 또는 비닐트리(2-메톡시에톡시)실란 중에서 50중량부 사용하고, 촉매는 디부틸틴디라우레이트, 디부틸틴디아세테이트 또는 디부틸아민 중에서 0.02 중량부 사용하고, 개시제로는 디큐밀퍼옥사이드를 0.3중량부 사용하였다.
[마스터배치 펠릿의 제작]
펠릿상의 저밀도 폴리에틸렌 100 중량부를 반바리 믹서에서 용융 시키고, 약 140℃가 된 시점에서 열팽창성 마이크로 캡슐을 15 중량부 첨가하고 추가로 30초간 혼련한 후 압출함과 동시에 펠릿화하여 마스터배치를 얻었다.
[열팽창성 마이크로캡슐 마스터배치 펠릿의 제조]
펠릿상의 저밀도 폴리에틸렌 100 중량부를 반바리 믹서에서 용융 시키고, 약 140℃가 된 시점에서 열팽창성 마이크로 캡슐을 15 중량부 첨가하고 추가로 30초간 혼련한 후 압출함과 동시에 펠릿화하여 마스터배치를 얻었다.
[필름형 가교발포시트 제조]
얻어진 마스터배치와 폴리올레핀계 수지를 혼합하여, 얻어진 혼합 펠릿을 압출성형기의 호퍼를 통해 공급하고 용융혼련하여 T-Die 혹은 Circular-Die를 통해 필름형 발포시트를 얻었다. 성형조건은 실린더 온도: 200~320℃, T-Die 온도: 320℃, 코팅속도: 30~80m/min이다.
[발포시트의 평가]
1) 발포배율: 발포후 필름시트의 질량을 두께로 나눈 값을 산출하여, 발포배율로 하였다.
2) 셀 직경의 측정: 얻어진 필름형 발포시트를 전자현미경을 이용하여 관찰함으로써, 셀 20개의 평균 직경을 셀 직경(㎛)으로 하였다.
3) 영구압축줄음율: 발포체의 두께가 10㎝이 되도록 적층한 후, 지름이 30㎜인 원기둥 형태로 제조한 시험편을 KS M6660에 준하여 측정하였다. 시험편 두께의 50%로 압축시켜, 50℃로 유지되는 오븐에서 6시간 열처리한 후 압축상태를 해제하고 실온에서 30분 방치 후 시험편의 두께를 측정하여 계산하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
발포시트 두께, mm 0.05 0.1 0.15 0.2
발포배율 1.5 1.8 2.0 3.0
셀 직경,㎛ 60~90 60~90 60~90 70~100
비중,g/㎖ 0.67 0.56 0.5 0.33
기포상태 균일독립 균일독립 균일독립 균일독립
압축강도, kPa(25%) 77 72 63 59
영구압축줄음율,% 초기 89 82 79 71
1개월 후 98 97 97 95
표 1의 결과를 살펴보면, 제조된 필름형 발포시트의 셀 직경이 60~100㎛이며 밀도가 0.7g/㎖ 이하인 시트의 두께가 0.5㎜ 이하인 필름형 발포시트를 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (5)

  1. 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물 및 열팽창성 마이크로 캡슐이 함유된 폴리올레핀 수지를 포함하는 필름형 발포시트로서, 상기 필름형 발포시트는 독립기포를 균일하게 가지며, 기포의 셀 직경이 60~100㎛, 밀도가 0.7g/㎖ 이하, 시트의 두께가 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 필름형 발포시트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물은 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여, 실란커플링제 50~70 중량부, 촉매 0.01~5 중량부 및 개시제 0.01~5 중량부를 혼합하여 이루어지되,
    상기 실란 커플링제는 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 또는 비닐트리(2-메톡시에톡시)실란 중에서 단독 혹은 2종 이상 병용하여 사용하고,
    상기 촉매는 디부틸틴디라우레이트, 디부틸틴디아세테이트 또는 디부틸아민 중에서 단독 혹은 2종 이상을 병용하여 사용하며,
    상기 개시제로는 디큐밀퍼옥사이드를 사용하는 것을 특징으로 하는 필름형 발포시트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여 상기 열팽창성 마이크로 캡슐이 0.5~15 중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 필름형 발포시트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리올레핀 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, EVA수지, 올레핀계 열가소성 엘라스토머 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 필름형 발포시트.
  5. 압출성형에 의해 청구항 1에 따른 필름형 발포시트를 제조하는 방법으로서,
    폴리올레핀 수지, 실란 수가교용 가교제 마스터 배치 조성물 및 팽창개시온도가 150~210℃인 열팽창성 마이크로 캡슐을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물을 상기 열팽창성 마이크로 캡슐의 팽창개시온도 이상으로 압출기 내에서 가열하고 T-다이 또는 회전형 다이(circular-die)에 통과시켜 두께가 0.5㎜ 이하의 필름형 가교발포시트를 연속적으로 제조하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름형 발포시트의 제조방법.
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KR20110136921A (ko) 2010-06-16 2011-12-22 주식회사 지엘코리아 가전제품 충격흡수용 폴리에틸렌재 발포 포장시트 제조방법 및 그 제조방법에 따른 발포 포장시트

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