KR101585056B1 - 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수분 및 산소차단성이 향상된 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 구성으로는 나일론에 나노클레이가 포함된 나일론/나노클레이 복합시트를 준비하는 단계; 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 반응 가능한 사이트를 만들기 위해 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 플라즈마 표면처리시키는 단계; 및 플라즈마 표면처리된 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 알루미늄 시트를 라미네이팅 시키는 단계를 포함한다.

Description

나일론/나노클레이 복합시트 제조방법{Fabricating Method of Nylon/Nanoclay Composite Sheet}
본 발명은 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법에 관한 것으로, 특히 수분 및 산소차단성이 향상된 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 폴리에틸렌, 나일론, 폴리프로필렌과 같은 범용 수지는 우수한 성형성과 기계적 물성 및 수분차단성 때문에 여러분야에 사용되고 있으나, 낮은 산소 차단성으로 인해 산소 차단성이 요구되는 식품 포장이나 내화학적 차단성이 요구되는 농약 용기 등에 적용하는 데에는 한계가 있었다.
이에 따라, 상기와 같은 범용 수지들은 산소 차단성을 높이기 위해 다른 수지와 다층으로 사용하거나 표면에 금속을 부착시켜 사용한다. 이때, 금속은 접착제에 의해 범용 수지에 부착되거나 증착공정을 통해 범용 수지에 부착된다.
한편, 접착제에 의해 금속이 범용 수지에 부착되면 수지 전체의 두께가 두꺼워질 뿐만 아니라 범용 수지와 금속간의 밀착력이 충분하지 않아 범용 수지와 금속이 분리되는 문제가 발생하였다. 또한, 일본등록특허 제3451389호와 같이 범용 수지(또는 나일론)의 표면에 금속을 증착시키는 경우에는 금속과 나일론 필름 사이의 밀착력은 향상되나 나일론 필름 위에 금속을 증착시키기 위해 산소 방전을 시키는 등 고가의 플라즈마 장비 및 프로세스 비용이 소모되는 문제가 있다.
일본등록특허 제3451389호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수분 및 산소차단성이 우수한 나일론/나노클레이 필름을 저렴한 비용으로 제작할 수 있고, 접착제를 사용하지 않고도 나일론/나노클레이 복합시트에 알루미늄 시트를 부착시킬 수 있는 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 이루기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법은 나일론에 나노클레이가 포함된 나일론/나노클레이 복합시트를 준비하는 단계; 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 반응 가능한 사이트를 만들기 위해 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 플라즈마 표면처리시키는 단계; 및 플라즈마 표면처리된 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 알루미늄 시트를 라미네이팅 시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 나일론/나노클레이 복합시트를 준비하는 단계는, 나일론/나노클레이 복합시트를 80℃의 온도에서 연신한 후 180℃에서 10분간 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 나일론/나노클레이 복합시트를 준비하는 단계는, 다이캐스팅 방법으로 나일론/나노클레이 복합시트를 압출 제조하는 단계; 및 복수개의 나일론/나노클레이 복합시트를 겹쳐 압축성형하며, 압축성형된 나일론/나노클레이 복합시트를 다시 복수개 겹쳐 압축성형하여 다층 구조의 나일론/나노클레이 복합시트를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 플라즈마 표면처리시키는 단계는 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 카르복실기와 카르보닐기 중 어느 하나의 상태로 만드는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 알루미늄 시트를 라미네이팅 시키는 단계는 압축몰드를 이용하여 150℃의 온도에서 30분간 나일론/나노클레이 복합시트에 알루미늄 시트를 라미네이팅 시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 플라즈마 처리하여 개질시킨 후 그 위해 알루미늄 시트를 라미네이팅하기 때문에 기존 공정에 비해 공정비용을 저렴하게 할 수 있고, 접착제를 사용하지 않고도 알루미늄 시트를 나일론/나노클레이 복합시트에 부착시킬 수 있기 때문에 시트 전체의 두께를 줄일 수 있으며, 나일론/나노클레이 복합시트 위에 알루미늄 시트를 라미네이팅시킴으로써 작은 두께 변화에도 불구하고 수분 차단성 및 산소 차단성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합 시트의 제조방법에 의해 제조된 나일론/나노클레이 복합시트를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합 시트의 제조방법에 의해 제조된 나일론/나노클레이 복합시트를 나타내는 도면이다.
도 3은 다층 구조의 나일론/나노클레이 복합시트의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 알루미늄 시트와 나일론/나노클레이 복합시트가 라미네이팅되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합 시트의 제조방법에 의해 제조된 나일론/나노클레이 복합시트를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합 시트의 제조방법에 의해 제조된 나일론/나노클레이 복합시트를 나타내는 도면이며, 도 3은 다층 구조의 나일론/나노클레이 복합시트의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법은 나일론/나노클레이 복합시트(또는 필름)를 준비한 후 이 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 플라즈마 표면처리를 수행하여 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 반응할 수 있는 사이트(즉, 카르복실기와 카르보닐기 중 어느 하나)를 만드는 단계; 및 표면에 반응할 수 있는 사이트가 형성된 나일론/나노클레이 복합시트 위에 알루미늄 시트를 배치한 후 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 알루미늄 시트를 라미네이팅(laminating)하는 단계를 포함한다.
이러한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법을 실시 예를 통해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
실시 예
본 발명의 일 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법은 먼저, 나일론/나노클레이 복합시트를 준비한다. 이때, 상기 나일론/나노클레이 복합시트로는 나노클레이가 5중량% 포함된 MXD6가 사용된다.
이러한, 상기 나일론/나노클레이 복합시트는 80℃의 온도에서 연신(DR=2.5×2.5)한 후 180℃에서 10분간 어닐링(annealing)하여 제조한다.
이때, 상기 나일론/나노클레이 복합시트는 도 1과 같이 단층 구조로 이루어지거나 도 2와 같이 다층 구조로 이루어질 수 있는데, 상기 나일론/나노클레이 복합시트가 다층 구조로 이루어지기 위해선는 다음과 같은 공정을 반복하게 된다.
즉, 단층 구조의 나일론/나노클레이 복합시트를 상기와 같이 다이캐스팅(die casting) 방법으로 압출 제조한 후 도 3에 도시된 바와 같이 2~4장, 바람직하게는 3장을 겹쳐 압축성형한 후 그 압축된 복합시트를 다시 2~4장, 바람직하게는 3장 겹쳐 압축성형한다.
다시 말해, 240℃의 압축몰드(compression mold)에 나일론/나노클레이 복합시트를 넣고, 충분히 녹을 수 있도록 1분 동안 예열을 하며, 6600lb의 압력으로 1분간 누른다. 이때, 나일론/나노클레이 복합시트가 압축몰드에 붙는 것을 방지하기 위해 테프론 시트를 압축몰드와 나일론/나노클레이 복합시트 사이에 배치시킨다.
이렇게 여러장을 겹쳐 압축성형하는 공정을 반복하여 같은 두께(또는 비슷한 두께) 내에서 층수를 늘려갈 수 있다.
나일론/나노클레이 복합시트가 준비되면, 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 플라즈마 표면처리(120W, 12분, 1㎛이하로 처리)를 수행하여 반응할 수 있는 사이트(즉, 카르복실기와 카르보닐기 중 어느 하나)를 만든다.
이와 같이 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 반응할 수 있는 사이트를 만든 후에는 압축몰드(compression mold)를 이용하여 150℃의 온도에서 30분간 연신된 나일론/나노클레이 복합시트에 알루미늄 시트를 라미네이팅(laminating) 시킨다. 이때, 나일론/나노클레이 복합시트와 알루미늄 시트는 도 4에 도시된 바와 같이 매우 밀착되어 접착됨을 알 수 있다.
즉, 도 4에서 표면이 부드러운 부분은 알루미늄 시트이고, 표면이 거친 부분은 나일론/나노클레이 복합시트인데, 도시된 바와 같이 매우 밀착되게 접착되어 있음을 알 수 있다.
이때, 알루미늄 시트는 유연성 및 기계적 물성을 고려하여 7~18㎛의 두께를 갖는 게 바람직하다.
이와 같이 나일론/나노클레이 복합시트 표면에 알루니늄 시트를 라미네이팅시키면 [표 1]과 같이 수분 투과도(WVTR)와 산소 투과도(O2TR)가 감소되어 수분 차단성 및 산소 차단성이 향상되는 것을 알 수 있고, 특히 수분 차단성이 크게 향상됨을 알 수 있다.
샘플 두께(㎜) O2TR(㏄-㎜/㎡/일) WVTR(gm-㎜/㎡/일)
(A) 나일론/나노클레이 0.074 0.070 1.016
(B) 7㎛ Al 나일론/나노클레이 0.080 0.060 0.003
(C) 12㎛ Al 나일론/나노클레이 0.087 0.042 0.008
(D) 18㎛ Al 나일론/나노클레이 0.091 0.041 0.030
다시 말해, 상술한 [표 1]에서 알 수 있듯이 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 알루미늄 시트를 라미네이팅하면 수분 투과도 및 산소 투과도가 감소되어 수분 차단성 및 산소 차단성이 향상됨을 알 수 있다. 그러나, [표 1]에서 알 수 있듯이 알루미늄 시트가 적절한 두께(예를 들면, 7㎛) 이상의 두께를 갖도록 형성될 경우에는 산소 차단성을 향상되나, 수분 차단성은 오히려 저하됨을 알 수 있다. 즉, 알루미늄 시트는 적정치 이상의 두께는 필요하지 않다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법은 종래와 같이 고분자(즉, 나일론 또는 나일론/나노클레이) 필름 위에 알루미늄을 증착시키지 않고, 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 플라즈마 처리하여 개질시킨 후 그 위해 알루미늄 시트를 라미네이팅하기 때문에 기존 공정에 비해 공정비용을 저렴하게 할 수 있고, 접착제를 사용하지 않고도 알루미늄 시트를 나일론/나노클레이 복합시트에 부착시킬 수 있기 때문에 시트 전체의 두께를 줄일 수 있으며, 나일론/나노클레이 복합시트 위에 알루미늄 시트를 라미네이팅시킴으로써 작은 두께 변화에도 불구하고 수분 차단성 및 산소 차단성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 나일론에 나노클레이가 포함된 나일론/나노클레이 복합시트를 준비하는 단계;
    상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 반응 가능한 사이트를 만들기 위해 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 플라즈마 표면처리시키는 단계; 및
    플라즈마 표면처리된 나일론/나노클레이 복합시트의 표면에 알루미늄 시트를 라미네이팅 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 나일론/나노클레이 복합시트를 준비하는 단계는, 나일론/나노클레이 복합시트를 80℃의 온도에서 연신한 후 180℃에서 10분간 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 나일론/나노클레이 복합시트를 준비하는 단계는,
    다이캐스팅 방법으로 나일론/나노클레이 복합시트를 압출 제조하는 단계; 및
    복수개의 나일론/나노클레이 복합시트를 겹쳐 압축성형하며, 압축성형된 나일론/나노클레이 복합시트를 다시 복수개 겹쳐 압축성형하여 다층 구조의 나일론/나노클레이 복합시트를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 플라즈마 표면처리시키는 단계는 상기 나일론/나노클레이 복합시트의 표면을 카르복실기와 카르보닐기 중 어느 하나의 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미늄 시트를 라미네이팅 시키는 단계는 압축몰드를 이용하여 150℃의 온도에서 30분간 나일론/나노클레이 복합시트에 알루미늄 시트를 라미네이팅 시키는 것을 특징으로 하는 나일론/나노클레이 복합시트 제조방법.
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