KR100718674B1 - 통기성 필름 - Google Patents

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KR100718674B1
KR100718674B1 KR1020070016295A KR20070016295A KR100718674B1 KR 100718674 B1 KR100718674 B1 KR 100718674B1 KR 1020070016295 A KR1020070016295 A KR 1020070016295A KR 20070016295 A KR20070016295 A KR 20070016295A KR 100718674 B1 KR100718674 B1 KR 100718674B1
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breathable film
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ethylene
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전승호
박종
이종성
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주식회사 폴리사이언텍
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Abstract

본 발명은 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대해 평균입경 1~500nm의 나노 무기입자 20~80중량%와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체 80~20중량%로 구성된 마스터뱃치가 30~150중량부로 첨가된 조성물로서, 상기 조성물중 나노 무기입자 함량이 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물 및 이를 용융 압출하여 얻어진 원판 쉬이트를 유리전이점 이상 용융점 미만의 온도 하에서 적어도 면적연신배율 1.5배로 연신하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 박막 통기성 필름은 우수한 기계적 물성 및 고투습성을 가지고 박막화에 의한 탁월한 경제성을 가지며 기저귀, 배변연습용 속팬츠, 생리대, 생리용 팬티, 실금용 기구, 붕대, 의료용 의류 등 신체보호용 흡수성 제품, 하우스 랩 등 건축자재용 제품 등에 유용하게 사용된다.
폴리올레핀, 나노 무기입자, 박막, 통기성 필름

Description

통기성 필름{Porous film}
본 발명은 우수한 기계적 물성 및 고투습성을 가질 뿐만 아니라 박막화에 의한 탁월한 경제성을 가진 통기성 필름용 조성물 및 이를 이용한 박막 통기성 필름에 관한 것이다.
현재 통기성 필름은 기저귀, 배변연습용 속팬츠, 생리대, 생리용 팬티, 실금용 기구, 붕대, 의료용 의류 등 신체보호용 흡수성 제품, 하우스 랩 등 결로 방지용 건축자재용 제품 등 다방면에 사용되고 있으며, 그 제조방법으로는 여러 방법이 제시되고 있으나, 가장 경제성이 높은 방법으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지에 무기입자를 특정 배율로 첨가한 후 공지의 방법으로 용융제막하여 얻어진 원판 쉬이트를 1축 또는 2축 연신하여 폴리올레핀계 수지와 무기입자 사이에 미세한 다공을 형성케 함으로써 통기성 필름을 얻는 방법이 다수 제안되어 왔다.(일본특허공개 소58-149303호, 소60-185803호, 소59-69906호 등 참조) 특히 폴리올레핀계 수지에 무기입자 중 가령 매우 값싼 평균입경 수㎛의 탄산칼슘이 약50~60중량% 수준으로 과량 혼합된 조성물을 용융 압출하여 얻어진 원판 쉬이트를 유리전이점 이상 용융점 미만의 온도 하에서 연신비 약 1.5~3배 수준으로 1축 연신 하여 얻어진 두께 30~50㎛ 수준의 통기성 필름이 가장 널리 사용되고 있다.
그런데, 상기 통기성 필름은 용도 특성상 통상 사용 후 재활용되지 않고 폐기되고 있는 관계로 커다란 환경부담을 초래하고 있다는 점, 단위면적당 원가절감, 슬림화에 따른 포장 수량의 증가 등 여러 가지 장점으로 최근 통기성 필름의 박막화에 대한 연구개발 열기가 뜨겁게 달아오르고 있다. 즉 기존의 기계적 물성 및 투습성의 손상이 없이 두께 20㎛ 이하의 극히 박막화된 통기성을 얻고자 하는 시도가 급증하고 있다. 그러나 과량 함유된 평균입경 수 ㎛의 탄산칼슘과 같은 무기입자가 원판 쉬이트의 기계적 물성을 심하게 떨어뜨릴 뿐만 아니라 연신 후에는 기공형성에 의해 더욱더 기계적 물성이 열악해지기 때문에 박막화시 형성된 필름이 쉽게 찢어지는 큰 문제가 있어 현재 두께 한계를 극복하지 못하고 있어 획기적인 그 대안의 출현이 절실히 갈망되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르게 되었다.
즉, 본 발명은 우수한 기계적 물성 및 고투습성을 가질 뿐만 아니라 박막화에 의한 탁월한 경제성을 가진 통기성 필름용 조성물 및 이를 이용한 박막 통기성 필름을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대해 평균입경 1~500nm의 나노 무기입자 20~80중량%와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체 80~20중량%로 구성된 마스터뱃치가 30~150중량부로 첨가된 조성물로서, 상기 조성물 중 나노 무기입자 함량이 50중량% 이하, 보다 구체적으로는 1 ~ 50중량%인 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 상기 박막 통기성 필름용 조성물 100중량부에 대해 폴리올레핀계 수지와 평균입경 500nm 이상, 보다 바람직하게는 500nm ~ 10㎛의 무기입자로 구성된 조성물이 10~200중량부로 더 첨가되는 것으로서, 폴리올레핀계 수지의 총 함량이 50중량부 이상인 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 상기 박막 통기성 필름용 조성물을 용융 압출하여 얻어진 원판 쉬이트를 유리전이점 이상 용융점 미만의 온도 하에서 적어도 면적연신배율 1.5배로, 보다 바람직하게는 1.5 ~ 36배의 범위로 연신하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 a) 평균입경 1~500nm의 나노 무기입자 20~80중량%와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체 80~20중량%로 구성된 혼합물을 혼련 분산시켜 마스터뱃치 펠렛을 제조하는 단계;
b) 상기 마스터뱃치 펠렛과 폴리올레핀계 수지 펠렛을 드라이 블렌딩 또는 용융 혼합하여 박막 통기성 필름용 조성물 펠렛을 제조하는 단계;
c) 상기 박막 통기성 필름용 조성물 펠렛을 용융 압출하여 얻어진 원판 쉬이트를 제조하는 단계;
d) 상기 원판 쉬이트를 유리점 이상 용융점 미만의 온도에서 면적연신배율 1.5 ~ 36배의 범위로 연신하여 박막 통기성 필름을 제조하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 박막 통기성 필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어 우수한 기계적 물성 및 고투습성을 가질 뿐만 아니라 박막화에 의한 탁월한 경제성을 가진 통기성 필름용 조성물 및 이를 이용한 박막 통기성 필름을 얻기 위해 도입한 기술의 핵심은 종래 통기성 필름용 조성물 내 50~60중량% 수준의 과량으로 첨가시킨 평균입경 수㎛의 무기입자 대신에 소량의 첨가만으로도 그 표면적이 극도로 커지기 때문에 폴리올레핀계 수지와 무기입자 사이에서 미세 기공이 보다 효과적으로 발현될 수 있는 평균입경 500nm 이하의 나노 무기입자를 신규로 도입한 것이다.
먼저 종래 기술에 의거하여 평균입경 수 ㎛의 무기입자 대신에 나노 무기입자를 첨가한 폴리올레핀계 수지와의 혼합물을 단축 스크류(single screw) 압출기, 2축 스크류(twin screw) 압출기, 니더(kneader), 뱀버리(banbury), 롤밀(roll mill) 등 설비를 이용하여 컴파운딩하여 수지 조성물을 얻었고 이를 이용하여 압출용융하고 연신공정을 통해 통기성 필름을 제조하였다. 그 결과 종래 통기성 필름과 유사한 기계적 물성 및 투습성을 유지하면서도 다소 두께가 얇아진 박막 통기성필름을 얻을 수 있었다. 또한 폴리에틸렌계 왁스 등과 같은 분산제를 사용하는 방법, 지방산 등으로 표면 처리된 나노 무기입자를 사용한 결과 보다 효과적으로 박막 통기성 필름을 얻을 수 있었는데, 이는 나노 무기입자가 소량의 첨가만으로도 그 표면적이 극도로 커지기 때문에 폴리올레핀계 수지와 무기입자 사이에서 미세 기공이 보다 효과적으로 발현된 것에 기인한 것으로 추론된다. 그러나 불행이도 상당량 나노 무기 입자 간에 뭉치는 미분산물이 발생하는 문제로 기대만큼 품질 향상 폭이 크지 않았고, 종래 사용한 평균입경 수 ㎛의 무기입자 대비 상대적으로 비싼 나노 무기입자 자체의 원가 상승효과로 박막에 따른 원가 절감효과가 상호 상쇄하는 결과로 되어 당초 원했던 원가절감 등 목표 달성에 있어 큰 어려움이 초래되었다.
이러한 어려움을 해결하는 수단으로 도입된 것이 나노 무기입자를 신규의 고분산성 수지로 분산시킨 마스터뱃치를 제조하고 여기에 폴리올레핀계 수지를 혼합하여 원하는 통기성 필름용 조성물을 제조하고자 한 것으로, 해결의 핵심 열쇠인 상기 고분산성 수지로 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체를 사용한 것이다. 이 방법에 따라 나노 무기 입자 간에 뭉치는 미분산물이 발생하는 문제가 완전히 해결되었고, 이에 따라 형성된 통기성 필름은 우수한 기계적 물성 및 고투습성을 가질 뿐만 아니라 박막화에 의한 탁월한 경제성을 가진 실로 획기적인 박막 통기성 필름을 얻을 수 있게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 이는 에틸렌-카르복 실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체내에 함유된 카르복실산 성분과 친수성을 가진 나노 무기입자 표면간의 수소결합, 금속이온으로 중화된 카르복실산 성분과 친수성을 가진 나노 무기입자 표면간의 정전기적 인력 등 강력한 2차 결합력에 의해 분산성이 획기적으로 개선된 것으로 추론된다. 또한 이러한 고분산성 수지는 일종의 폴리에틸렌계 공중합체로서 조성물에 추가로 첨가되는 폴리올레핀계 수지와의 상용성이 우수하여 기계적 물성을 보다 상승시키는 시너지 효과를 나타낸 것으로 추론된다.
본 발명에 사용되는 폴리올레핀계 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 에틸렌을 주성분으로 한 공중합체, 폴리프로필렌 단독중합체 또는 프로필렌을 주성분으로 한 공중합체, 폴리부텐 또는 이들의 혼합물이 사용된다. 상기 폴리올레핀계 수지는 필름을 형성하는 정도의 분자량을 가지는 것이라면 제한을 두지 않지만 본 발명에서는 용융지수(190℃, 2.16Kg)가 1~10g/10min 범위의 폴리올레핀계 수지를 사용하는 것이 기계적 물성과 통기성을 유지하는 용도에 유용하다.
본 발명에 사용되는 평균입경 1~500nm의 무기입자로서는 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알미늄, 산화아연, 수산화마그네슘, 산화티탄, 알루미나, 마이카, 아스베스토스, 제오라이트, 규산백토 등을 들 수 있고 이들을 단독 또는 이들의 혼합물이 사용된다. 무기 입자의 형태로서는 판상, 침상, 구상 등이 있으나, 구상이 가장 바람직하다.
본 발명에 있어 나노 무기입자에 대한 고분산성 수지로서 사용되는 에틸렌-카르복실산 공중합체는 산 함량이 2~30중량%인 에틸렌-아크릴산 공중합체 또는 에틸렌-메타크릴산 공중합체를 의미하며, 산 함량이 2중량% 미만일 경우 나노 무기입자에 대한 원하는 분산 효과를 얻기 힘들고, 30중량%를 초과할 경우 마스터뱃치 제조용 단축 스크류 압출기, 2축 스크류 압출기, 니더, 뱀버리, 롤밀 등 설비의 금속 표면에 들러붙어 작업성이 열악해 질 우려가 있다. 에틸렌-카르복실산 공중합체는 용융지수(190℃, 하중 2.16Kg)가 0.5~50g/10분의 것이 좋고, 1.0~15g/10분의 것이 더욱 바람직한데, 용융지수가 0.5g/10분 미만일 경우 마스터뱃치 제조 시 작업성 및 가공성이 열악해지고, 50g/10분을 초과할 경우 통기성 필름의 기계적 강도가 취약해질 우려가 있다. 이러한 에틸렌-카르복실산 공중합체의 보다 구체적인 예로서, 에틸렌-아크릴산 공중합체인 ExxonMobil사 Escor 5600, 에틸렌-메타크릴산 공중합체인 DuPont사 Nucrel 0903 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어 또 하나의 나노 무기입자에 대한 고분산성 수지로서 사용되는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체는 산 함량이 2~30중량%인 에틸렌-아크릴산 공중합체 또는 에틸렌-메타크릴산 공중합체에 있어 전체 산의 20~80중량%가 리튬이온(Li+), 나트륨이온(Na+) 등과 같은 알카리금속 또는 아 연이온(Zn+), 마그네슘이온(Mg+) 등과 같은 알카리금속으로 중화된 것을 의미하며, 용융지수가 0.5~10g/10분의 것이 바람직하고, 그 예로서, 에틸렌-메타크릴산-아연이온으로 중화된 메타크릴산 공중합체 구조를 가진 아이오노머인 미국 DuPont사 Surlyn 9945, 에틸렌-아크릴산-나트륨이온으로 중화된 아크릴산 공중합체 구조를 가진 아이오노머인 미국 ExxonMobil사 Iotek 3110 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어, 나노 무기입자와 고분산성 수지로 구성되는 마스터뱃치는 나노 무기입자 20~80중량%와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체 80~20중량%로 구성하는 것이 좋고, 바람직하기로는 나노 무기입자 30~50중량%와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체 50~70중량%로 구성하는 것이 좋다. 나노 무기입자가 20중량% 미만일 경우는 고분산성 수지의 가격이 높아 마스터뱃치 원가가 너무 높아질 우려가 잇고, 80중량%를 초과할 경우는 분산성이 악화될 우려가 있다.
본 발명에 있어, 박막 통기성 필름용 조성물은 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대해서 나노 무기입자와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체로 구성 된 마스터뱃치를 30~150중량부로 첨가하되, 상기 조성물중 나노 무기입자 함량이 50중량% 이하, 바람직하기로는 30중량% 이하, 보다 바람직하기로는 1 ~ 30중량%로 사용하는 것이 좋다. 나노 무기입자 함량이 50중량%을 초과하게 되면 원하는 박막에 따른 원가절감 효과를 기대하기 어려우며, 기계적 물성이 감소하게 된다.
또한 필요 시 상기 박막 통기성 필름용 조성물 100중량부에 대해 폴리올레핀계 수지와 평균입경 500nm 이상, 보다 바람직하게는 500nm ~ 10㎛의 무기입자로 구성된 조성물이 10~200중량부로 더 첨가된 조성물을 사용하여 박막 통기성 필름을 제조할 수 있다. 단, 이 경우 폴리올레핀계 수지의 총 함량이 50중량부 이상, 보다 바람직하게는 60중량부 이상, 더욱 바람직하게는 70중량부 이상일 필요가 있다. 폴리올레핀계 수지의 함량이 50중량부 미만일 경우 기계적 강도가 취약해져 원하는 박막필름을 얻을 수 없다. 조성물 내 함유되는 나노 무기입자와 500nm 이상의 입자사이의 혼합비율은 적용하려는 용도별 차이가 있을 수 있다. 가령 보다 미세한 구멍을 원하는 용도는 나노 무기입자가 더 많이 함유된 것이 유리하고, 상대적으로 큰 구멍을 요하는 경우는 500nm 이상의 입자가 더 포함되는 것이 유리하므로 적절히 조절할 필요가 있다.
본 발명에 있어서의 박막 통기성 필름용 조성물에는 통상의 첨가제 예를 들면, 활제, 산화방지제, 가공조제, 백색증진제, 건조제, 열안정제, 형광제 등을 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 배합할 수 있다.
이하, 본 발명의 통기성 필름용 조성물 및 박막 통기성 필름의 제조방법을 보다 자세히 설명한다.
평균입경 1~500nm의 나노 무기입자 20~80중량%와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체 80~20중량%로 구성된 혼합물을 단축 스크류 압출기, 2축 스크류 압출기, 믹싱롤, 밤바리믹서, 니더 등에 의해 혼련 분산시켜 마스터뱃치 펠렛을 제조한다. 얻어진 마스터뱃치 펠렛과 폴리올레핀계 수지 펠렛을 드라이 블렌딩 또는 용융 혼합하여 박막 통기성 필름용 조성물 펠렛을 제조한다. 이러한 조성물 펠렛을 호퍼에 투입하여 압출가공에 의한 통상의 필름성형장치 및 성형방법에 준하여 원판 시이트를 성형하게 되는데, 원형 다이에 의한 인플레이숀 성형, 티-다이에 의한 압출성형 등을 적절히 채용하여 실시하면 좋다. 다음으로 압출법에 의거 성형된 원판 시이트를 유리전이점 이상, 용융점 이하 사이의 온도에서 1.2배~6.0배 범위로, 바람직하게는 1.5배~5배 범위로 1축 연신한다. 이 때 유리점 미만의 경우에는 신도가 항복점을 넘기 이전에 필름의 파열이 발생하여 연신할 수 없고, 용융점을 넘게 되는 경우는 분자사슬의 유동에 의해 만족할 만한 통기성을 얻는 것이 불가능하다. 또한 연신배율이 1.2배 미만일 경우는 충분한 통기성을 얻을 수 없고, 연신배율을 6배 초과하는 경우는 연신 중 파단현상이 자주 발생하여 안정하게 필름을 얻을 수 없다. 이어서 상기 1축 연신 때와 동일한 연신온도, 연신율 조건 범위 내 에서 2축 연신을 실시하여 2축 연신 통기성 필름을 얻는다. 상기와 같이 2축 연신을 하지 않고 1축연신만 한 1축 연신필름으로도 본 발명의 목적에 부합한 필름을 얻을 수 있다. 즉 본 발명에 의한 통기성 필름은 1축 또는 2축 연신 어느 방식으로도 제조될 수 있고, 총 면적 연신 배율이 1.5~36배의 범위로 되게 연신하는 것이 바람직하다. 면적연신배율 1.5배 미만에서는 충분한 통기성을 얻을 수 없고, 필름이 딱딱해 촉감이 저하되며, 36배를 초과하는 경우는 통기성은 우수하지만, 기계적 강도가 현저히 나빠질 우려가 있다. 연신 후의 필름은 그 치수 안정성을 향상시키기 위해 열고정을 행해도 좋다.
또한 본 발명에 의해 얻어진 통기성 필름은 촉감 및 외관을 개선하기 위해 공지의 엠보싱처리를 할 수도 있고, 폴리프로필렌계 수지와 같은 폴리올레핀계 수지로 된 부직포와 열, 핫멜트 등에 의해 합지된 적층체로 사용될 수 있다.
이렇게 얻어진 본 발명에 의한 통기성 필름은 가령 기저귀, 배변연습용 속팬츠, 생리대, 생리용 팬티, 실금용 기구, 붕대, 의료용 의류랩 등 신체보호용 흡수성 제품, 하우스 랩 등 결로 방지 건축자재용 제품 등 광범위한 응용분야에서 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의한 통기성필름은 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대해 평균입경 1~500nm의 나노 무기입자 20~80중량%와 에틸렌-카르복실산 공 중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체 80~20중량%로 구성된 마스터뱃치가 30~150중량부로 첨가된 조성물로서, 상기 조성물중 나노 무기입자 함량이 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 조성물 및 이를 용융 압출하여 얻어진 원판 쉬이트를 유리전이점 이상 용융점 미만의 온도 하에서 적어도 면적연신배율 1.5배로 연신하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 박막 통기성 필름은 우수한 기계적 물성 및 고투습성을 가지고 박막화에 의한 탁월한 경제성을 가지는 실로 획기적인 것이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 자세히 설명하고자 한다. 하기의 실시예는 하나의 예시일 뿐 실시예에 한정하지 않는다.
하기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 통기성 필름의 인장물성, 투습도를 다음과 같이 측정하였다.
(인장물성)
ASTM D882에 준해 시료의 파단시 강도(kg/in2) 및 신도(%)를 주행방향(MD), 주행방향에 수직인 폭방향(TD)에 대해 각각 측정하였다(시료크기: 100mm 길이 x 25mm 폭, 인장속도 500mm/min, 측정온도 23℃)
(투습도)
ASTM E96-63에 준하여 투습도(g/㎡·24hr)을 측정하였다(23℃, 90%RH)
[실시예 1]
먼저 나노 무기입자로서 평균입경 80nm의 실리카(Degussa, Aerosil OX50, 나노무기입자 A)를 준비하였고, 나노 무기입자에 대한 고분산성 수지로서 용융지수(190℃, 2.16Kg) 8.4g/10min, 산 함량 11중량%인 에틸렌-아크릴산 공중합체인 ExxonMobil사 Escor 5600(고분산성 수지 A)를 준비하였다. 니더에 나노입자 A 50중량%, 고분산성 수지 A 50중량%의 배합비로 투입하고 혼련 분산시켜 나노 무기입자 마스터뱃치 펠렛 A를 제조하였다. 폴리올레핀계 수지로서 준비된 용융지수(190℃, 2.16Kg) 2.7g/10min, 밀도 0.932g/㎤인 선형저밀도 폴리에틸렌(SK(주), FT811, 폴리올레핀계 수지 A) 100중량부에 상기 얻어진 나노 무기입자 마스터뱃치 펠렛 A 50중량부의 비율로 드라이블랜딩하여 나노 무기입자 함량 16.7중량%의 통기성 필름용 조성물 A를 얻었다. 얻어진 조성물을 호퍼에 투입하여 스크류직경 130mm인 티-다이 성형기를 사용하여 원판 쉬이트를 성형하였다. 성형된 원판 쉬이트를 연신온도 50℃에서 연신비 3.0배로 1축연신하여 두께 15μm의 박막 통기성 필름을 제조하였고, 그 물성을 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
폴리올레핀계 수지 A 100중량부에 대해 나노 무기입자 마스터뱃치 펠렛 A 100중량부의 비율로 혼합한 조성물을 얻은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 얻어진 박막 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[실시예 3]
폴리올레핀계 수지 A 100중량부에 대해 나노 무기입자 마스터뱃치 펠렛 A 150중량부의 비율로 혼합한 조성물을 얻은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 얻어진 박막 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[실시예 4]
연신비 5.0배로 1축연신한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 얻어진 박막 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[실시예 5]
다른 나노 무기입자로서 평균입경 50nm의 탄산칼슘(Vesino, 나노 무기입자 B)를 준비하였고, 나노 무기입자에 대한 고분산성 수지로서 용융지수(190℃, 2.16Kg) 2.5g/10min, 산 함량 9중량%인 메타크릴산-에틸렌 공중합체인 DuPont사 Nucrel 0903(고분산성 수지 B)를 준비하였다. 니더에 나노입자 B 50중량%, 고분산성 수지 B 50중량%로 투입하고 혼련 분산시켜 마스터뱃치 펠렛 B를 제조하였다. 폴리올레핀계 수지 A 100중량부에 대해 마스터뱃치 펠렛 B 50중량부의 비율로 혼합물 을 얻고, 연신비를 5.0배로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 얻어진 박막 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[실시예 6]
다른 폴리올레핀계 수지로서 용융지수(190℃, 2.16Kg) 5.3g/10min, 밀도 0.919g/㎤인 저밀도 폴리에틸렌(한화석유화학, 961, 폴리올레핀계 수지 B)을 준비하였다. 폴리올레핀계 수지 A 80중량부, 폴리올레핀계 수지 B 중량부에 대해 마스터뱃치 펠렛 B 50중량부의 비율로 혼합물을 얻은 것 이외에는 실시예 5과 동일하게 실시하였다. 얻어진 박막 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[실시예 7]
다른 나노 무기입자로서 평균입경 20nm의 훈제 실리카(Degussa, 나노 무기입자 C)를 준비하였고, 나노 무기입자에 대한 고분산성 수지로서 용융지수(190℃, 2.16Kg) 4.0g/10min, 에틸렌-메타크릴산-아연이온으로 중화된 메타크릴산 공중합체 구조를 가진 아이오노머인 미국 DuPont사 Surlyn 9945(고분산성 수지 C)를 준비하였다. 니더에 나노 무기입자 C 50중량%, 고분산성 수지 C 50중량%로 투입하고 혼련 분산시켜 나노 무기입자 마스터뱃치 펠렛 C를 제조하였다. 폴리올레핀계 수지 A 70중량부, 폴리올레핀계 수지 B 30중량부에 대해 나노 무기입자 마스터뱃치 펠렛 C 100중량부의 비율로 혼합물을 얻은 것 이외에는 실시예 4와 동일하게 실시하였다. 얻어진 박막 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
폴리올레핀계 수지 A 100중량부에 고분산성 수지를 첨가하지 않고 단지 평균입경 1.7μm의 탄산칼슘(오미야제, 일반 무기입자 A) 33.3중량부를 첨가한 조성물을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 얻어진 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
폴리올레핀계 수지 A 80중량부, 폴리올레핀계 수지 B 20중량부에 고분산성 수지를 첨가하지 않고 일반 무기입자 A 100중량부를 첨가 배합한 조성물을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 얻어진 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[비교예 3]
폴리올레핀계 수지 A 100중량부에 고분산성 수지를 첨가하지 않고 단지 나노 무기입자 A 33.3중량부를 첨가 배합한 조성물을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 얻어진 통기성 필름의 물성을 표 1에 나타내었다.
[표 1] 실시예 1~7 및 비교예 1~3에 따라 얻어진 조성물의 조성 및 필름 물성평가 결과
Figure 112007014457316-pat00001
상기 실시예로부터 본 발명에 의한 박막 통기성 필름은 기존의 기계적 물성을 유지한 채 6,000g/㎡·24hr 이상 우수한 투습성을 발휘함을 알 수 있는데, 이는 나노 무기입자에 대한 고분산성 수지로 도입된 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체내 함유된 카르복실산 성분과 친수성을 가진 나노 무기입자 표면간의 수소결합, 금속이온으로 중화된 카르복실산 성분과 친수성을 가진 나노 무기입자 표면간의 정전기적 인력 등에 의해 분산성이 획기적으로 개선된 것으로 추론된다. 또한 이러한 고분산성 수지는 일종의 폴리에틸렌계 공중합체로서 추가로 첨가하는 폴리올레핀계 수지와의 상용성이 우수하여 기계적 물성을 보다 상승시키는 시너지 효과를 나타낸 것으로 추론된다. 실시예 2에서와 같이 동일한 무기입자 함량을 가졌음에도 불구하고 종래 평균입경 수㎛인 일반 무기입자가 사용되어 제조된 비교예 1의 박막 통기성 필름 경우 투습성이 매우 열악함을 알 수 있고, 일반 무기입자 함량을 2배로 증가한 비교예 2의 박막 통기성 필름 경우 투습도는 다소 개선되었으나 기계적 물성은 극도로 나빠짐을 알 수 있다. 또한 고분산성 수지가 도입되지 않고 나노 무기입자만이 사용된 비교예 3의 박막 통기성 필름 경우 일반 무기입자를 사용한 박막 통기성 필름 대비 기계적 물성 및 투습성은 양호하나 본 발명에 의한 실시예 경우와는 달리 원하는 목표 물성은 달성하지 못함을 알 수 있다.
본 발명은 폴리올레핀계 수지에 대해 나노 무기입자와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체로 구성된 마스터뱃치가 적정량 첨가된 조성물로서 상기 조성물중 나노 무기입자 함량이 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 조성물 및 이를 용융압출하여 얻어진 원판 쉬이트를 유리전이점 이상 용융점 미만의 온도하에서 적어도 면적연신배율 1.5배로 연신하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 박막 통기성 필름은 우수한 기계적 물성 및 고투습성을 가지고 박막화에 의한 탁월한 경제성을 가지는 실로 획기적인 것으로서 기저귀, 배변연습용 속팬츠, 생리대, 생리용 팬티, 실금용 기구, 붕대, 의료용 의류 등 신체보호용 흡수성 제품, 하우스 랩 등 건축자재용 제품 등에 유용하게 사용될 것으로 전망된다.

Claims (18)

  1. 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대해 평균입경 1~500nm의 나노 무기입자 20~80중량%와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체에서 선택된 1종 이상의 공중합체 80~20중량%로 구성된 마스터뱃치가 30~150중량부로 첨가된 조성물로서, 상기 조성물중 나노 무기입자 함량이 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 박막 통기성 필름용 조성물 100중량부에 대해 폴리올레핀계 수지와 평균입경 500nm 이상의 무기입자로 구성된 조성물이 10~200중량부로 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 에틸렌을 주성분으로 한 공중합체, 폴리프로필렌 단독중합체 또는 프로필렌을 주성분으로 한 공중합체, 폴리부텐으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 무기입자는 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알미늄, 산화아연, 수산화마그네슘, 산화티탄, 알루미나, 마이카, 아스베스토스, 제오라이트, 규산백토로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 무기입자가 탄산칼슘인 것을 특징으로 하는 박막 통기성필름용 조성물.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 에틸렌-카르복실산 공중합체는 산 함량이 2~30중량%인 에틸렌-아크릴산 공중합체 또는 에틸렌-메타크릴산 공중합체인 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체는 산 함량이 2~30중량%인 에틸렌-아크릴산 공중합체 또는 에틸렌-메타크릴산 공중합체이며, 전체 산의 20~80중량%가 알카리금속 또는 알카리금속으로 중화된 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름용 조성물.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 의한 박막 통기성 필름용 조성물을 용융 압출하여 얻어진 원판 쉬이트를 유리전이점 이상 용융점 미만의 온도 하에서 면적연신배율 1.5 ~ 36배의 범위로 연신하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 박막 통기성 필름.
  9. 제 8항의 박막 통기성 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 신체보호용 흡수성 제품.
  10. 제 8항의 박막 통기성 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축자재용품.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 신체보호용 흡수성 제품이 기저귀, 배변연습용 속팬츠, 생리대, 생리용 팬티, 실금용 기구, 붕대, 의료용 의류인 것을 특징으로 하는 신체보호용 흡수성 제품.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 건축자재용품이 하우스 랩인 것을 특징으로 하는 건축자재용품.
  13. 제 8항에 의해 얻어진 박막 통기성 필름을 폴리올레핀계 수지로 된 부직포와 열 또는 핫멜트에 의해 합지하여 얻어진 적층체.
  14. 제 13항의 적층체를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체보호용 흡수성 제품.
  15. 제 13항의 적층체를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축자재용품.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 신체보호용 흡수성 제품이 기저귀, 배변연습용 속팬츠, 생리대, 생리용 팬티, 실금용 기구, 붕대, 의료용 의류인 것을 특징으로 하는 신체보호용 흡수성 제품.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 건축자재용품이 하우스 랩인 것을 특징으로 하는 건축자재용품.
  18. a) 평균입경 1~500nm의 나노 무기입자 20~80중량%와 에틸렌-카르복실산 공중합체 또는 에틸렌-카르복실산-금속이온으로 중화된 카르복실산 공중합체 80~20중량%로 구성된 혼합물을 혼련 분산시켜 마스터뱃치 펠렛을 제조하는 단계;
    b) 상기 마스터뱃치 펠렛과 폴리올레핀계 수지 펠렛을 드라이 블렌딩 또는 용융 혼합하여 박막 통기성 필름용 조성물 펠렛을 제조하는 단계;
    c) 상기 박막 통기성 필름용 조성물 펠렛을 용융 압출하여 얻어진 원판 쉬이트를 제조하는 단계;
    d) 상기 원판 쉬이트를 유리점 이상 용융점 미만의 온도에서 면적연신배율 1.5 ~ 36배의 범위로 연신하여 박막 통기성 필름을 제조하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 박막 통기성 필름의 제조방법.
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