KR20240074998A - 생분해성 소재를 이용한 적층 필름, 이의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 보관용 튜브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생분해성 소재를 이용한 적층 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PLA, PBAT 및 사슬연장제를 포함하는 제1 생분해성 필름과 폴리옥시메틸렌우레아 및 탄산칼슘을 포함하는 제2 생분해성 필름과 상기 제1 생분해성 필름과 상기 제2 생분해성 필름 사이에 배치되어, 상기 제1 생분해성 필름과 상기 제2 생분해성 필름을 접착시키는 친환경 본딩수지로 형성되는 접착층을 포함하는, 차단성, 수분에 대한 안정성 및 생분해도가 높은 적층 필름에 관한 것이다.

Description

생분해성 소재를 이용한 적층 필름, 이의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 보관용 튜브 {LAMINATED FILM USING BIODEGRADABLE MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND STORAGE TUBE MANUFACTURED THEREBY}
본 발명은 생분해성 소재를 이용한 적층 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생분해성 소재를 이용한 제1, 2 필름층과 친환경 본딩수지로 형성되는 접착층을 포함하는, 수분에 대한 안정성 및 생분해도가 높은 적층 필름에 관한 것이다.
환경오염에 대한 경각심이 전 세계적인 관심사가 되고 있는 상황에서 플라스틱 포장재로 인해 발생되는 오염이 크게 주목받고 있다. 과거에는 합성 플라스틱이 얼마나 강하고 오랫동안 사용되느냐가 관심의 주 대상이었다면 최근에는 소재의 일시적인 편리함보다는 환경 친화성과 관련된 문제가 학계나 산업계에 있어서 연구와 개발의 초점이 되고 있다.
이렇듯, 친환경에 대한 소비자 요구도가 높아짐에 따라 재활용이 불가능한 소재 사용량이 많은 생활용품 및 화장품 업계에 대한 문제 제기가 잇달으면서 업계에서는 '탈 플라스틱' 움직임이 활성화되고 있다.
플라스틱 용기 제조공법이 발달함에 따라 최근 화장품, 생활용품 등을 담는 용기가 연성과 물성이 우수한 튜브(Tube) 형태로 변하고 있다. 일반적으로 튜브는 플라스틱 소재에 필름을 입혀 코팅 처리함으로써 수분 차단성과 기계적 성질을 향상시키고 코팅에 사용하는 소재는 주로 자연분해가 어려운 은박, 알루미늄 박막 등이 사용된다.
이는 자연분해가 어려우므로 폐기 시에 특별한 처리 없이 매립되면 화학적, 생물학적 안정성 때문에 거의 분해가 되지 않고 땅 속에 축적되어 매립지의 수명을 단축하고 토양 오염의 문제를 유발한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 자연에서 분해되는 바이오 플라스틱(Bio plastics)을 이용하여 포장재를 제조하는 방법이 다양하게 연구되고 있다. 바이오 플라스틱은 원료, 분해 작용, 생산 방법에 따라 생분해 · 산화생분해 · 바이오베이스 세 종류로 나뉜다.
생분해 플라스틱(Biodegradable plastics)(=바이오매스 유래 단량체 중합형 플라스틱)은 크게 천연물계로서 바이오매스를 전처리, 당화시켜 제조한 당을 발효해 고분자 단량체로 만들고 이를 중합하는 방법 및 석유화학 유래 물질을 이용해 제조하는 방법 두 종류로 나뉜다. 주로 일회용품, 산업용 사출 성형 제품 등 유통기한이 짧거나 고부가가치 제품에 적용하고 있다.
최근, 천연물계 중 폴리락트산(PLA)으로 대표되는 생분해 필름이 사용되고 있으나, 폴리락트산(PLA) 필름은 환경 친화적이지만 수분이나 습기에 취약하고 투기도가 높아 포장용으로 사용하는 경우, 별도의 처리(예를 들면, 증착 코팅, 타 필름과의 합지 등)가 요구된다.
또한, 최근 크래프트지를 사용하여 코팅한 제품도 많이 출시되고 있으나 크래프트지는 습기에 약해 제품의 변질이 발생할 수 있다.
따라서, PLA 및 크래스트지의 단점을 보완하기 위해 수분이나 습기에 대한 안정성이 높은 생분해성 소재 구성 및 조성을 고안하는 것이 필요하고, 그에 따른 효과로서 낮은 투과도 및 높은 생분해도를 가지는 적층 필름 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명의 목적은 폐플라스틱에서 야기되는 환경오염 문제를 해결하고 기존 생분해성 소재의 수분이나 습기에 대한 안정성을 보완하고 높은 생분해도를 가지는 생분해성 소재를 이용한 적층 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 생분해도를 가지는 생분해성 소재를 이용한 적층 필름의 제조방법 및 이를 통해 제조된 보관용 튜브를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 생분해성 소재를 이용한 적층 필름이 제공된다. 상기 적층 필름은 폴리락트산(Polylactic acid, PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate-co-terephthalate, PBAT) 및 사슬연장제(Chain extender)를 포함하는 제1 생분해성 필름; 폴리옥시메틸렌우레아(Polyoxymethylene Urea) 및 탄산칼슘(Calcium carbonate, CaCO3)을 포함하는 제2 생분해성 필름; 및 상기 제1 생분해성 필름과 상기 제2 생분해성 필름 사이에 배치되어, 상기 제1 생분해성 필름과 상기 제2 생분해성 필름을 접착시키는 친환경 본딩수지로 형성되는 접착층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 친환경 본딩수지는 생분해성 소재인 PLA, 폴리바이닐 알코올(PVA, polyvinyl alcohol) 및 PBAT를 포함할 수 있다.
또한, 상기 친환경 본딩수지로 형성되는 접착층은 생분해성 소재인, PLA를 포함하는 제1 접착층, PVA를 포함하는 제2 접착층 및 PBAT를 포함하는 제3 접착층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 생분해성 필름의 PLA과 PBAT의 함량비는 20:80 내지 30:70이고, 사슬연장제는 PLA과 PBAT의 총 중량의 0.5% 내지 3%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 제2 생분해성 필름의 총 중량%에 대하여, 탄산칼슘 55 내지 75 중량%, 폴리옥시메틸렌우레아 20 내지 40 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 사슬연장제는 에폭시계 올리고머, MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), 1,4-BDO(1,4-butane diol) 및 NPG(NeoPentyl Glycol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 적층 필름은 5cc/(m2·day) 이하의 산소투과도를 가지고, 12g/(m2·day) 이하의 수증기투과도를 가지며, 생분해도는 70 내지 80 %일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 소재를 이용한 적층 필름의 제조 방법은 다음을 포함할 수 있다.
a) PLA와 PBAT를 오븐에서 12시간 이상 건조하는 단계;
b) 상기 PLA, PBAT 및 사슬연장제를 블랜딩하여 마스터배치(Pellet)을 제조하는 단계;
c) 상기 마스터배치를 가공온도 160 내지 190℃에서 T-die 압출하여 제1 생분해성 필름을 제조하는 단계;
d) 상기 제1 생분해성 필름과 폴리옥시메틸렌우레아(Polyoxymethylene Urea) 및 탄산칼슘(Calcium carbonate, CaCO3)을 포함하는 제2 생분해성 필름을 친환경 본딩수지를 이용하여 본딩하는 단계; 및
e) 상기 본딩 단계 이후 35시간 내지 55시간 숙성(aging)하는 단계.
또한, 상기 생분해성 소재를 이용한 적층 필름을 사용하여 제조된, 치약 또는 화장품의 보관용 튜브를 제공한다.
본 발명에 따르면, 생분해성 소재를 이용하여 제1 필름층, 접착층, 제2 필름층을 포함하는 적층 필름으로서 폐플라스틱에서 야기되는 환경오염 문제를 해결하고 높은 생분해도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 구성에 따라 산소투과도와 수증기투과도가 소정의 수치 이하를 가짐으로써 생활용품 및 화장품 보관용으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적층 필름의 수직 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
이하에서는, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.
도 1에 따르면, 본 발명의 생분해성 소재를 이용한 적층 필름(100)은 제1 생분해성 필름(20), 접착층(30) 및 제2 생분해성 필름(40)을 포함함으로써, 3층 구조로 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 3층 구조의 구성 모두 생분해성 소재를 포함하여 플라스틱 및 알루미늄과 같은 금속 소재의 사용량을 약 45% 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 탄소배출량이 기존의 필름 패키징 대비 약 48% 감소될 수 있다.
기존에는 노루지 또는 크래프트지 등의 종이층을 이용하되, 종이층의 수분 및 공기의 베리어(Barrier)성을 높이기 위해 종이 기재 상에 베리어 물질을 포함하는 수성 코팅액이 코팅된 고차단성 종이로 구성된 예가 있었으나, 크래프트지의 경우 외부 습도에 민감하여 제품변질의 우려가 있고, 본 발명에 따르면 종이층을 사용하지 않고도, 또한 종이층 상에 코팅을 위한 공정을 수반하지 않고도, 제품 변질 우려가 없는 생분해성 소재를 이용한 적층 필름을 구현한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른, 제1 생분해성 필름(20), 접착층(30) 및 제2 생분해성 필름(40)은 생분해성(biodegradable) 수지 및 산화생분해성 (oxo-biodegradable) 수지 중 적어도 하나를 포함하여 생분해가 가능한 재질로 이루어질 수 있다.
여기서 생분해성 수지는 바이오매스로부터 전처리, 당화과정을 거쳐 당을 제조하고, 발효과정을 통해 생산된 고분자 단량체(Monomer)를 중합하여 제조하는 천연물계 생분해성 수지, 석유화학 유래물질을 이용하여 제조하는 석유계 생분해성 수지를 모두 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 생분해성 필름은 폴리락트산(Polylactic acid, PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate-co-terephthalate, PBAT) 및 사슬연장제(Chain extender)를 포함할 수 있다.
폴리락트산(Polylactic acid, PLA)은 옥수수 전분을 발효하여 얻어지는 lactic acid를 이용하여 합성되는 선형 지발족 열가소성 폴리에스터로, 폴리스틸렌(PS) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 유사한 강도와 투명성을 가지며 가공성이 우수하여 바이오 플라스틱 기술에서 다수 사용되고 있으나, 연신율이 낮아 단일하게 적용하기에 한계가 있다.
폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate-co-terephthalate, PBAT)는 1,4-butanediol 및 adipic acid 중합체와 dimethyl terephthalate와 1,4-butanediol의 중합체로부터 합성되며, 저밀도 폴리에틸린(LDPE)에 대한 완전한 생분해성 대안으로 높은 유연성과 탄력성으로 인해 비닐백 등 다양한 분야에 이용되고 있다.
본 발명에 따르면, 위와 같은 PLA의 문제점을 개선하기 위해, 유연성 있는 고분자인 PBAT를 포함할 수 있다. 다만, 단순 블렌딩을 통해 복합 필름을 제작할 경우 혼화성이 떨어져 오히려 물성을 저하할 수 있으므로 이를 개선하기 위해 사슬 연장제를 이용할 수 있다.
사슬연장제(Chain extender)는 분자 간 결합력 강화를 위한 반응성 단분자로 사슬과 사슬간을 연결시킴으로써 분자량이 큰 중합체를 얻는데 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사슬연장제는 에폭시계 올리고머, MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), 1,4-BDO(1,4-butane diol), NPG(NeoPentyl Glycol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
MDI는 PET에 많이 쓰이며, 용융점을 증가시키고 충격 강도 및 가수 분해에 대한 저항성을 개선할 수 있다.
1,4-BDO는 결정화도를 높이고 낮은 온도에서의 열적 특성을 개선할 수 있다.
에폭시 그룹은 PLA의 카복실기(carboxyl group), 하이드록시기(hydroxyl group)와 반응 결합을 하여 PLA의 분자량과 사슬망(chain entanglement)을 증가시킴으로써, 융용강도와 취약성을 개선시키는데, 에폭시 그룹의 함유 정도를 나타내는 에폭시 당량값의 변화에 따라 PLA의 용융강도에 큰 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 상기 사슬연장제는 에폭시계 올리고머일 수 있고, 예를 들어, Joncryl (BASF 제품)일 수 있다.
Joncryl ADR 4468가 상용화제로 작용하여 블렌딩 시 혼화성이 향상되어 공정성이 우수해지며 물성의 열화를 방지할 뿐 아니라 기계적 및 열적 특성 등 최종 물성이 개선되는 효과를 얻을 수 있으며, Joncryl의 에폭시 그룹은 경화 또는 열화에 따른 치수의 변화가 적어 효과적일 수 있다.
[Joncryl 구조]
[PBAT/PLA/Joncryl 반응]
본 발명에 따르면, 상기 PLA과 PBAT의 함량비는 20:80 내지 30:70일 수 있다. 바람직하게는, PLA과 PBAT의 함량비는 20:80일 수 있다. PBAT 함량이 증가할수록 연신율이 높아지는 경향이 있다. 따라서, 상기 함량 범위를 만족함으로써 인장강도, 항복강도 및 탄성계수 측면에서 적용에 있어 필요한 정도를 충족하면서 연신율이 우수할 수 있다.
상기 사슬연장제는 PLA과 PBAT의 총 중량의 0.5% 내지 3%로 포함될 수 있다.
바람직하게는, Joncryl을 첨가할 시 PLA과 PBAT의 총 중량의 0.5% 내지 3%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.5% 내지 2%일 수 있다. 이 때 PBAT의 결정화도는 증가하며 PLA의 결정화도는 감소하며, 3%이상 첨가할 시 PLA는 무정형상태될 수 있다.
PBAT/PLA에 대하여 Joncryl을 첨가할 시 Joncryl의 함량이 높아질수록 인장강도와 연신율이 증가하는 경향이 있다.
인장강도는 Joncryl의 에폭시 그룹과 PLA 고분자의 카르복실기, 하이드록실기와의 반응 결합에 의해 물성이 높아질 수 있으며 Joncryl의 첨가에 따른 PLA의 결정화도 감소는 PBAT/PLA필름의 연신률을 높이는 결과를 가져올 수 있고, 따라서, Joncryl의 첨가는 PBAT/PLA의 기계적 물성을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 제2 생분해성 필름은 폴리옥시메틸렌우레아 (Polyoxymethylene Urea) 및 탄산칼슘(Calcium carbonate, CaCO3)을 포함할 수 있다.
탄산칼슘(Calcium carbonate, CaCO3)은 생선뼈, 소뼈, 조개껍질, 달걀 껍데기, 석회석 등의 주성분으로 본 필름에서 골격 역할을 할 수 있고, 경도를 향상시킬 수 있으며 또한 필름의 표면 광택 및 표면 평활성을 향상시킬 수 있다.
폴리옥시메틸렌우레아(Polyoxymethylene Urea)는 우레아와 폼알데하이드를 반응하여 얻은것으로, 구조식은 (CH4N2O·CH2O)x이며(CAS No. 68611-64-3/9011-05-6), 이는 물에 대한 안정성이 매우 높다.
탄산칼슘은 제2 생분해성 필름 총 중량%에 대하여, 55 내지 75 중량%일 수 있고, 상기 폴리옥시메틸렌우레아는 20 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위를 만족하는 경우 물에 대한 안정성이 높아 용기 내부에 수분을 함유한 물질이 포함되어 있더라도 변질되지 아니하고, 높은 경도로 인해 외부로부터 물질을 보호할 수 있다.
또한, 폴리옥시메틸렌우레아 및 탄산칼슘을 이용해 생산한 제품은 두께를 얇게 성형할 경우 종이와 같은 질감과 느낌을, 두껍게 성형할 경우 PP플라스틱 제품과 같은 질감과 느낌을 줄 수 있어, 크래프트지 등을 사용하는 종이층을 대체할 수 있고, 기존의 플라스틱 제품을 대체할 수 있다.
제1 생분해성 필름과 제2 생분해성 필름의 사이에는 접착층이 포함될 수 있다. 예를 들어, 제1 생분해성 필름의 하면에는 접착층이 형성되고, 접착층의 하면에 제2 생분해성 필름이 형성되어 접착층에 의해 제1 생분해성 필름과 제2 생분해성 필름이 접착될 수 있다. 일 실시예에서, 접착층은 제1 생분해성 필름 및 제2 생분해성 필름과 마찬가지로 생분해 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 접착층은 생분해성 수지 또는 산화생분해성 수지로 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 상기 접착층은 친환경 본딩수지로 형성될 수 있다.
상기 친환경 본딩수지는 생분해성 소재인 PLA, 폴리바이닐 알코올(PVA, polyvinyl alcohol) 및 PBAT를 포함할 수 있다.
PLA 및 PBAT는 상기 제1 생분해성 필름 구성에서 설명한 것과 동일하다.
폴리바이닐 알코올(PVA, polyvinyl alcohol)는 폴리비닐아세테이트 (polyvinyl acetate; PVAc)와 같은 비닐에스테르 계열의 고분자를 비누화시켜 제조되는 히드록시기 함유 선형 결정성 고분자로, 포장용 필름, 사무용 접착제, 카드보드지, 세탁용 풀, 종이의 코팅제 및 강화제 등에 사용되고 있다.
이는 생분해성, 생체적합성, 화학적 저항성 그리고 훌륭한 물리적 특성에 기인한 것이며, 우수한 인장강도, 인장탄성률, 내마모성, 수용성, 내용제성, 내유성, 및 산소차단성 등을 지니고 있다.
PVA의 수용성과 분해성으로 인해 자연분해가 가능한 장점이 있고, 물에 녹는 성질을 가지는 필름으로 배리어성 필름의 내면층이나 수용성이 요구되는 적용 분야에 적합할 수 있다.
또한, PVA 분자내의 풍부한 히드록시기의 존재로 인해 각종 고분자 및 금속에 대해 우수한 접착력을 가지므로 바인더 및 접착제로 쓰일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기와 같은 PVA의 차단성 및 접착력의 효과를 발휘하면서도 수용성으로 인한 수분에 대한 안정성을 보완하기 위해, 상기 PLA 및 PBAT를 포함하는 친환경 본딩수지를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 친환경 본딩수지로 형성되는 접착층은 생분해성 소재인, PLA를 포함하는 제1 접착층(31), PVA를 포함하는 제2 접착층(32) 및 PBAT를 포함하는 제3 접착층(33)을 포함할 수 있다.
각 접착층은 PLA, PVA 및 PBAT 각 단일 수지일 수 있다.
본 발명에 따르면, PLA를 포함하는 제1 접착층(31)과 PBAT를 포함하는 제3 접착층(33) 사이에 PVA를 포함하는 제2 접착층(32)을 배치하여, PVA의 수용성에 따른 수분에 대한 안정성을 보완할 수 있다.
또한, 상기 접착층은 모두 생분해성 소재를 포함하는 친환경 본딩수지로서, 차단성, 수분에 대한 안정성, 접착력 및 분해도가 우수하여 기존의 (비)생분해성 소재인 폴리우레탄을 대체할 수 있다.
상기 제1 생분해성 필름, 접착층 및 제2 생분해성 필름을 포함하는 적층 필름의 두께는 20 내지 35 ㎛일 수 있다. 바람직하게는, 25 내지 34 ㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 32 ㎛일 수 있다.
상기 적층 필름은 바람직하게는 5cc/(m2·day) 이하의 산소투과도, 12g/(m2·day) 이하의 수증기투과도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 상기 적측 필름의 생분해성의 특성은 KS M ISO 14855-1에 따른 생분해도로 평가할 수 있다. 본 발명에서의 상기 생분해도는 바람직하게는 70 내지 80 %일 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 소재를 이용한 적층 필름의 제조 방법은 다음과 같다.
PLA와 PBAT를 오븐에서 12시간 이상 건조 후, 상기 PLA, PBAT 및 사슬연장제를 블랜딩하여 마스터배치(Pellet)을 제조한다.
상기 마스터배치를 가공온도 160 내지 190℃에서 T-die 압출하여 제1 생분해성 필름을 제조한다.
상기 제1 생분해성 필름과 폴리옥시메틸렌우레아(Polyoxymethylene Urea) 및 탄산칼슘(Calcium carbonate, CaCO3)을 포함하는 제2 생분해성 필름을 친환경 본딩수지를 이용하여 본딩 후 35시간 내지 55시간 숙성(aging)시켜 적층 필름을 제조한다.
상기 가공온도가 160℃ 미만인 경우, 수지가 extruder 내부에서 느리게 용융되어 압출량이 낮고 스크류가 회전 중 정지되는 상황이 발생하여 제조 과정이 원활하지 않을 수 있고, 190℃ 초과하는 경우에는 가공 시 수지의 용융강도가 저하되어 수지의 strand가 끊어져 제조 과정이 어려워질 수 있다. 상기 온도 범위에서 가공 시 토출 상태가 양호하고 공정 과정이 원활할 수 있다.
상기 숙성 시간은 바람직하게는 45시간 내지 50시간일 수 있다. 상기 범위의 시간을 만족하는 경우 제조 과정이 원활할 수 있다.
상기 본딩 단계에서 주행속도는 130rpm 내지 170rpm, 메시롤속도는 100/10/1 rpm일 수 있다.
이러한 적층 필름을 사용하여 치약을 포함하는 생활용품 또는 화장품의 보관용 튜브를 제조할 수 있다. 이 때, 이러한 적층 필름은 소정의 수분투과도 및 산소투과도를 갖기 때문에, 보관용 튜브에 흡수 및/또는 함침된 수분을 포함하는 물질이 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있고, 제1 생분해성 필름, 접착층 및 제2 생분해성 필름 모두 생분해 가능한 소재로 구성되므로 폐기 시에 환경 오염을 방지할 수 있는 친환경 보관용 튜브를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
[실험예 1: 적층 필름 제조 및 수증기투과도 및 산소투과도 측정]
본 발명에 따른 제1 생분해성 필름, 접착층 및 제2 생분해성 필름을 포함하는 적층 필름을 제조하였다.
PBAT와 PLA는 Dry Oven에서 12시간 이상 건조 후 PLA: PBAT = 20:80, 사슬연장제는 Joncryl 1%로 하여 블랜딩하여 마스터배치를 제조하고, 그 후 가공온도 160 ~ 190℃ 범위에서 T-die 압출하여 제 1 생분해성 필름을 제조하였다.
이후, 상기 제1 생분해성 필름과 탄산칼슘 55~75% 및 폴리옥시메틸렌우레아 20~40%로 함유하는 제2 생분해성 필름을 본딩수지(PLA, PVA 및 PBAT)를 이용하여 본딩한다(주행속도: 150rpm, 메시롤속도 100/10/10rpm). 이후, 48시간동안 숙성(aging)하여, 적층 필름을 제조하였다.
상기 제조된 적층 필름의 수증기투과도 및 산소투과도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1, 2에 나타내었다.
시료명 시험조건 단 위 시험결과 시험방법
Test 1 Test 2 Test 3
실시예 (23.0 ± 0.5) °C, 90% RH g/m2·day 10.1 11.5 11.0 ASTM F 1249
비교예 (23.0 ± 0.5) °C, 90% RH g/m2·day 65.8 69.7 61.8 ASTM F 1249
-수증기 투과도 시험기: Water vapor permeation Analyzer 7001 (Illinois instruments, 미국)
-시험 면적: 10cm2(측정 범위: 0.002~1,000g/m2·day)
상기 표 1의 시험결과를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적층 필름의 수분투과도는 11.5g/(㎡·day) 이하의 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 본 발명의 실시예는 비교예에 비하여 수분을 투과시키지 않는 정도가 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 적층 필름을 이용하여 보관용 튜브를 제조하면 수분이 투과되는 것을 효과적으로 차단함으로써, 보관용 튜브에 함침된 수분을 포함하는 물질 등이 습기 등의 형태로 튜브의 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 적층 필름이 수분을 포함하는 내용물이 보관되는 보관용 튜브로서 적합한 물성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
시료명 시험조건 단 위 시험결과 시험방법
Test 1 Test 2 Test 3
실시예 (23.0 ± 0.5) °C cc/m2·day 4.4 4.2 4.0 ASTM D3985-17
비교예 (23.0 ± 0.5) °C cc/m2·day 188 176 188 ASTM D3985-17
-산소 투과도 시험기: Oxygen Analyzer Instruments 8001 (Illinois instruments, 미국)
-시험 면적: 10cm2(측정 범위: 0.008~432,000 cc/m2·day)
상기 표 2의 시험결과를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적층 필름의 산소투과도는 4.4cc/(㎡·day) 이하의 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 본 발명의 실시예는 비교예에 비하여 산소를 투과시키지 않는 정도가 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 적층 필름을 이용하여 보관용 튜브를 제조하면 산소가 투과되는 것을 효과적으로 차단함으로써 보관 및 유통 과정에서 함침된 내용물이 변질되거나 마르는 현상을 방지할 수 있다.
[실험예 2: 생분해도 측정]
상기 실험예 1에서 제조한 것과 동일한 적층 필름을 사용하여 퇴비화 조건에서 플라스틱 재료의 호기성 생분해도의 측정-방출된 이산화탄소의 분석에 의해 생분해도를 측정하였으며 그 평가방법 및 평가 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
평가항목 단위 평가결과 평가방법
생분해도 % 75.5 KS M ISO14855-1
- 시험방법: KS M ISO14855-1
- 발생 이산화탄소의 분석방법: 적정
- 시험용기 부피: 2 L
- 시험온도: 58±2℃
- 시험기간: 45일
상기 표 3의 시험결과를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적층 필름의 생분해도는 75.5%로서, 초기 45일 동안 생분해도가 표준물질 대비 60% 이상(절대치 42% 이상 분해) 기준을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 상기한 실시예는 본 발명의 특정한 일 예로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명의 권리범위는 후술할 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
20: 제1 생분해성 필름
30: 접착층
31: 제1 접착층
32: 제2 접착층
33: 제3 접착층
40: 제2 생분해성 필름
100: 적층 필름

Claims (7)

  1. 생분해성 소재를 이용한 적층 필름으로서,
    폴리락트산(Polylactic acid, PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate-co-terephthalate, PBAT) 및 사슬연장제(Chain extender)를 포함하는 제1 생분해성 필름;
    폴리옥시메틸렌우레아(Polyoxymethylene Urea) 및 탄산칼슘(Calcium carbonate, CaCO3)을 포함하는 제2 생분해성 필름; 및
    상기 제1 생분해성 필름과 상기 제2 생분해성 필름 사이에 배치되어, 상기 제1 생분해성 필름과 상기 제2 생분해성 필름을 접착시키는 친환경 본딩수지로 형성되는 접착층을 포함하는, 생분해성 소재를 이용한 적층 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 친환경 본딩수지는 생분해성 소재인 PLA, 폴리바이닐 알코올(PVA, polyvinyl alcohol) 및 PBAT를 포함하며,
    상기 제1 생분해성 필름의 PLA과 PBAT의 함량비는 20:80 내지 30:70이고, 사슬연장제는 PLA과 PBAT의 총 중량의 0.5% 내지 3%로 포함되고,
    상기 제2 생분해성 필름의 총 중량%에 대하여, 탄산칼슘 55 내지 75 중량%, 폴리옥시메틸렌우레아 20 내지 40 중량%로 포함되는, 생분해성 소재를 이용한 적층 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 친환경 본딩수지로 형성되는 접착층은 생분해성 소재인, PLA를 포함하는 제1 접착층, PVA를 포함하는 제2 접착층 및 PBAT를 포함하는 제3 접착층을 포함하는, 생분해성 소재를 이용한 적층 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 사슬연장제는 에폭시계 올리고머, MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), 1,4-BDO(1,4-butane diol) 및 NPG(NeoPentyl Glycol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 생분해성 소재를 이용한 적층 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적층 필름은 5cc/(m2·day) 이하의 산소투과도를 가지고, 12g/(m2·day) 이하의 수증기투과도를 가지며, 생분해도는 70 내지 80 %인, 생분해성 소재를 이용한 적층 필름.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 생분해성 소재를 이용한 적층 필름의 제조 방법으로서,
    a) PLA와 PBAT를 오븐에서 12시간 이상 건조하는 단계;
    b) 상기 PLA, PBAT 및 사슬연장제를 블랜딩하여 마스터배치(Pellet)을 제조하는 단계;
    c) 상기 마스터배치를 가공온도 160 내지 190℃에서 T-die 압출하여 제1 생분해성 필름을 제조하는 단계;
    d) 상기 제1 생분해성 필름과 폴리옥시메틸렌우레아(Polyoxymethylene Urea) 및 탄산칼슘(Calcium carbonate, CaCO3)을 포함하는 제2 생분해성 필름을 친환경 본딩수지를 이용하여 본딩하는 단계; 및
    e) 상기 본딩 단계 이후 35시간 내지 55시간 숙성(aging)하는 단계를 포함하는, 생분해성 소재를 이용한 적층 필름의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 생분해성 소재를 이용한 적층 필름을 사용하여 제조된, 치약 또는 화장품의 보관용 튜브.
KR1020220153933A 2022-11-16 생분해성 소재를 이용한 적층 필름, 이의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 보관용 튜브 KR20240074998A (ko)

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