KR102671109B1 - 투명 이중차단 하이배리어 필름 및 이를 이용한 포장재 라미네이트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수분 및 산소를 차단하는데 뛰어난 우수성을 가지는 투명 이중차단 하이배리어 필름 및 이를 이용한 포장재 라미네이트에 관한 것으로, 본 발명의 투명 이중차단 하이배리어 필름은, 에틸렌을 주원료로 이루어지고 산소 및 수분을 차단하는 제1 합성수지층과, 제1 합성수지층의 일면에 형성되는 산소차단층, 산소차단층을 중앙에 두고 제1 합성수지층과 마주보도록 형성되는 제2 합성수지층, 제1 합성수지층과 산소차단층 사이 및 제2 합성수지층과 산소차단층 사이에 각각 형성되어 이들 층간을 접합시키는 접착제층을 포함한다.
Description
본 발명은 식품이나 일용품의 포장재, 밀봉재로 사용되는 배리어 필름(Barrier film)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수분 및 산소를 차단하는데 뛰어난 우수성을 가지는 투명 이중차단 하이배리어 필름 및 이를 이용한 포장재 라미네이트에 관한 것이다.
라미네이트(laminate)란 얇은 판을 여러 장 붙여 만든 것을 일컫는 말로, 합지판이라고 부르기도 한다.
일반적으로, 식품은 미생물, 광선, 산소, 화학물질 등의 작용에 의해 저분자 물질로 분해되고, 이로 인해 맛, 냄새, 색, 외관 등이 본래의 품질을 잃어버리게 된다. 이러한 현상을 변질 또는 열화라고 하는데, 품질의 열화를 억제하기 위해서는 위생적인 제조공정을 통하여 미생물 및 화학 물질의 오염을 최소화해야 하며, 유통 중 식품 내용물에 영향을 주는 열화 인자(광선, 수분, 산소 등)로부터 내용물의 접촉을 최소화하는 것이 관건이다.
특히, 내용물의 수분함량과 포장내부의 산소농도는 미생물의 성장과 내용물 산패에 직접적인 영향을 주게 되므로, 식품 내용물의 안정적인 저장 및 유통을 위해 수분 및 산소에 대한 배리어성(차단성)을 갖는 포장재의 사용이 요구되고 있다.
현재 식품포장 분야에서 통상적으로 사용되고 있는 포장용 배리어 필름은, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등을 이용한 베이스필름 위에, 폴리비닐알코올(PVA) 등을 이용한 용제형 코팅제를 박막 코팅하여 제조되고 있다.
이때, 용제형 코팅제로 형성된 배리어층은 통상적으로 폴리비닐알코올(PVA) 등을 이용한 필름이 사용되지만, 그 이상의 하이 배리어성을 요구하는 분야에서는 알루미늄포일이 사용되고 있다.
도 1은 알루미늄 소재를 이용한 종래 포장재 라미네이트를 나타낸 단면도이다.
도 1에 예시한 바와 같이, 종래 포장재 라미네이트(10)는 PET(Polyster; 11)와 배리어층(13), PE층(Polyethylene; 15), 각 층간 접착을 위해 층 사이에 배치되는 접착제층(Adhesive; 12, 14)을 포함하여, 다층 구조의 필름 형태로 제조하여 제품 특성에 맞는 차단성을 부여하고 있다.
특히, 배리어층(13)은 알루미늄포일(AL), VM-PET(Metalized Polyster), AlOx PET 등을 적용하여, 우수한 산소 및 수분 차단성을 부여하고 있다.
이처럼 알루미늄 소재를 이용한 포장재 라미네이트(10)는 산소 및 수증기 등에 의해 품질이 열화되는 것을 방지하는 배리어성이 우수하여, 식품 분야뿐만 아니라 의료분야(수액 파우치 등 신선도 유지), 전자기기 분야(방습효과) 등에 적용되고 있다.
그런데, 종래 알루미늄 소재를 이용한 포장재 라미네이트(10)는 알루미늄 소재의 특성상 불투명한 단점이 있다. 따라서, 포장재에 담겨진 내용물이 무엇인지 정확하게 확인이 불가능하다.
또한, 종래 알루미늄 소재를 이용한 포장재 라미네이트(10)는, 알루미늄포일의 특성상 잘 찢어지고 한번 압력이 가해지면 구겨지는 내핀홀성(충격, 찢김, 굴곡피로, 마모)이 있어서 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래 알루미늄 소재를 이용한 포장재 라미네이트(10)는, 일반 포장필름 대비 가격이 약 1.5~2배 비싸기 때문에 아직까지는 고급 식품 포장 위주로 사용되고 있는 단점이 있다.
또한, 종래 알루미늄 소재를 이용한 포장재 라미네이트(10)는, 알루미늄 소재가 친환경 소재에 아니어서 소각 시 환경 오염에 지속적인 문제를 유발하고 있다.
또한, 종래 알루미늄 소재를 이용한 포장재 라미네이트(10)는, PET(11)와 배리어층(13), 배리어층(13)과 PE층(15)를 접착하기 위해 접착제로 용제(VOC)를 사용하는데, PET(11)와 배리어층(13) 사이의 용제는 배리어층(13)에 의해 차단되지만, 배리어층(13)과 PE층(15) 사이의 용제는 내부 식품으로 유입되어 안정성 측면에 큰 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 산소 및 수분 차단성이 우수함은 물론, 포장 내용물의 확인이 가능한 투명한 소재를 가지며, 친환경적인, 투명 이중차단 하이배리어 필름을 제공하는 데 그 목적이 있다.
더욱이, 본 발명의 목적은, 상기의 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용하여 간단한 공정으로 제조가능한 포장재 라미네이트를 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름은, 배리어 필름으로서, 에틸렌을 주원료로 이루어지고 산소 및 수분을 차단하는 제1 합성수지층; 상기 제1 합성수지층의 일면에 형성되는 산소차단층; 상기 산소차단층을 중앙에 두고 상기 제1 합성수지층과 마주보도록 형성되는 제2 합성수지층; 상기 제1 합성수지층과 상기 산소차단층 사이 및 상기 제2 합성수지층과 상기 산소차단층 사이에 각각 형성되어 이들 층간을 접합시키는 접착제층;을 포함한다.
상기 산소차단층은, 폴리에틸렌과 비닐아세테이트의 공중합체로 이루어지는 투명의 에틸렌비닐알코올(Ethylene Vinyl alchol; EVOH)을 포함한다.
또한, 상기 산소차단층은, 산소차단성 및 열안정성을 고려하여 에틸렌의 함량이 29 mol % 내지 44 mol% 이 된다.
상기 제1 합성수지층 및 상기 제2 합성수지층은, 산소 배리어성을 갖는 투명의 선형저밀도 폴리에틸렌(Liner Low Density Polyethylene; LLDPE 또는 LDPE)층, 수분 배리어성을 갖는 반투명의 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene; HDPE)층 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
이때, 상기 제1 합성수지층의 고밀도 폴리에틸렌층 및 저밀도 폴리에틸렌층과, 상기 제2 합성수지층의 고밀도 폴리에틸렌층 및 저밀도 폴리에틸렌은 상기 산소차단층을 기준으로 서로 대칭되게 형성된다.
또한, 상기 제1 합성수지층 및 상기 제2 합성수지층은, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌층과 상기 고밀도 폴리에틸렌층을 모두 포함하여 둘 이상의 다층 구조를 포함하는 경우, 선형저밀도 폴리에틸렌층(투명)-고밀도 폴리에틸렌층(불투명)-선형저밀도 폴리에틸렌층(투명)과 같이 서로 교대로 적층해서 투명도를 개선하는 구조가 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트는, 베이스필름; 제1항에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름; 상기 베이스필름 상에 접착성 유기용제(VOC)를 형성하여 상기 베이스필름과 상기 투명 이중차단 하이배리어 필름을 접합시키는 접착층;을 포함한다.
상기 베이스필름은, 폴리에스터(Polyester; PET) 필름, 폴리프로필렌(Polypropylene) 필름, 나일론 필름, 및 폴리에틸렌(PE) 필름 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
또한, 상기 투명 이중차단 하이배리어 필름은, 상기 접착성 유기용제의 성분이 내용물이 담긴 내부로 유입되는 것을 차단한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 포장재 라미네이트로의 산소 이동을 차단하는 동시에, 포장재 라미네이트내 제품(내용물)의 수분 손실을 방지하여 식품의 색감, 질감, 맛의 신선함을 오래 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하이배리어 필름의 투명성으로 인해 내용물의 확인이 가능함으로써 상품진열의 효과를 높여주고 소비자의 구매 욕구를 불어일으키는 효과를 제공한다. 이러한 효과로 기존 불투명한 소재의 알루미늄포일(foil)을 대체할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하이배리어 필름의 다층 배리어 구조에 의해 내구성을 강화하였으며, 기존 알루미늄 소재를 이용한 배리어 필름의 낮은 크랙저항성(carack resistance) 문제점을 해결하였다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 포장재 라미네이트의 베이스필름과 하이배리어 필름간 접착을 위해 사용되는 접착용 용제가 하이배리어 필름의 다층 배리어 구조에 의해 차단됨으로써, 내부 포장되어 있는 내용물로 유해물질이 유입되는 않도록 방지하여 식품의 안전성을 보장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 알루미늄 소재를 이용한 종래 포장재 라미네이트를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름의 상세 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 제조하는 방법을 설명하는 공정 단계를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름의 상세 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 제조하는 방법을 설명하는 공정 단계를 나타낸 개념도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서 언급하는 하이배리어(High Barrier) 필름이란, 수증기 투과율을 하루 기준 1.5g/m2 이하로 차단할 수 있는 성능을 가진 필름을 말한다. 최근, 맞벌이 및 1인 가구 증가에 따른 중식(마트나 편의점 등에서 반찬이나 도시락을 사와서 집에서 하는 식사) 시장이 확대되면서, 식품 포장필름 시장에서는 신선도 유지 효과가 우수한 포장필름으로 하이배리어 필름이 주목받고 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에서는 산소 및 수분(습기)에 배리어성(차단성)이 뛰어난 하이배리어 필름에 대하여 개시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트(합지품)를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트(합지품)의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서는 본 발명의 실시예에 따른 포장재 라미네이트(100)를 식품용 포장지로 적용한 예를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 포장재 라미네이트(100)는 내부에 담긴 식품(내용물)을 쉽게 확인할 수 있는 투명한 필름이다. 필요에 따라 식품 이름, 취급 방법, 제조일자 등을 인쇄한 인쇄지(도 3의 115)가 포함되어 반투명 필름으로 이루어질 수 있으나, 기본적인 포장재 시트(100)는 투명 필름임을 특징으로 한다.
포장재 라미네이트(100)는 베이스필름(110), 접착층(120), 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)을 포함한다.
베이스필름(110)은 폴리에스터(Polyester; PET)를 주원료로 이루어진 PET필름이 될 수 있다. PET필름은 일반 베이스필름에 비해 얇고, 강도 및 내열성이 우수하며, 외부 스크래치에도 강한 특성이 있다. 따라서, 베이스필름(110)은 포장재 라미네이트(100)가 식품용 포장지로 제조될 때 포장지의 외측면으로 유리하다.
이러한 베이스필름(110)은 포장(packaging)과 증착(metallizing)에 적합한 투명성, 내열성, 고장력, 뛰어난 치수안정성, 비투과성, 내습성, 내수성, 내화학성이 우수한 PET필름이 적합하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 외부 스크래치(찢김)에 강하고 투명한 필름이라면 다양하게 적용 가능할 것이다. 예컨대, 폴리에스터(Polyester; PET) 필름 외에도, BOPP(Biaxially Oriented PolyPropylene) 필름과 같은 폴리프로필렌(Polypropylene) 필름, 또는 BOPA(Biaxially Oriented PolyAmide) 필름과 같은 나일론 필름, BOPE(Biaxially Oriented Polyethylene) 필름 및 MOPE(Mono-axially Oriented Polyethylene) 필름과 같은 폴리에틸렌(PE) 필름 중 어느 하나 이상을 이용할 수 있다.
접착층(120)은 베이스필름(110) 상에 접착성 유기용제(VOC)를 형성하여 베이스필름(110)과 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)을 접합시키는 역할을 한다.
투명 이중차단 하이배리어 필름(130)은 투명 필름이며, 도 3에 도시한 것처럼 수분(H2O)침투나 산소(O2)투과와 같은 것으로부터 내용물을 보호하기 위한 배리어(barrier) 기능을 갖는다.
또한, 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)은 접착층(120)의 접착성 유기용제(VOCs)가 내용물이 담겨진 내부로 유입되는 것을 차단한다.
포장재 라미네이트(100)가 식품용 포장지로 제조될 때, 베이스필름(110)은 포장지의 외측이 되고 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)은 식품과 맞닿게 되는 내측에 위치하게 되는데, 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)이 접착성 유기용제 성분의 유입을 차단하므로 식품 안정성을 개선할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 포장재 라미네이트(100)는 수분침투 및 산소투과는 물론, 식품에 유해한 접착성 유기용제의 유입을 차단함으로써 식품의 신선도, 안정성을 확보할 수 있는 기능성 필름이다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 포장재 라미네이트(100)는 친환경 소재이고, 뛰어난 수분 및 산소 차단성과 기능성을 동시에 발휘하므로, 기존 알루미늄포일 소재를 이용한 포장재 라미네이트에 대한 대체용으로 충분하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 포장재 라미네이트(100)는 베이스필름(110)의 일면에 접착용 유기용제를 도포하고 도포된 접착층(120) 위에 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)을 접합함으로써 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 포장재 라미네이트(100)는 기존 알루미늄포일 소재를 이용한 포장재 라미네이트의 제조 공정에 비해 공정 프로세스를 단축할 수 있으므로 공정비를 절감할 수 있다.
기존 알루미늄포일 소재를 이용한 포장재 라미네이트의 제조 공정은, 도 1에 도시된 바와 같이, 다층 구조를 접합시키기 위해 두 번의 접착 공정이 필요한 반면, 본 발명의 실시예에 따른 포장재 라미네이트(100)는 PET필름(110)과 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)간 접합을 위한 한 번의 접착 공정만 필요하므로 공정프로세스 및 제조 공정에 소요되는 작업시간이 단축되었다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름의 상세 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 포장재 시트에 적용되는 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)은 다층 구조로 이루어지고, 산소 및 수분을 이중으로 차단하는 투명 배리어 필름이다.
도시된 바와 같이, 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)은 제1 및 제2 합성수지층(133,139)과, 그 사이에 위치하는 산소차단층(135), 이들 층간을 접합시키기 위한 접착제층(134,136)을 포함한다.
제1 합성수지층(133)은 에틸렌을 주원료로 이루어지고 산소 및 수분을 차단하는 배리어성을 갖는다.
제2 합성수지층(139)은 제1 합성수지층(133)과 마찬가지로, 에틸렌을 주원료로 이루어지며 산소 및 수분을 차단하는 배리어성을 갖는다. 이때, 제2 합성수지층(139)은 산소차단층(135)을 중앙에 두고 제1 합성수지층(133)과 마주보도록 형성된다.
접착제층(134,136)은 제1 합성수지층(133)과 산소차단층(135) 사이, 및 제2 합성수지층(139)과 산소차단층(135) 사이에 각각 형성되어 이들 층간을 접합시키는 역할을 한다.
제1 합성수지층(133)의 일면에 형성되는 산소차단층(135)은, 산소 배리어성이 우수하고 투명한 에틸렌비닐알코올(Ethylene Vinyl alchol; EVOH)를 적용할 수 있다.
에틸렌비닐알코올(EVOH)은 폴리에틸렌과 비닐아세테이트의 공중합체로 이루어지는데, 일반적으로 용액 상태인 에틸렌과 비닐아세테이트의 기(碁)공중합에 의해 얻어진 폴리에틸렌 비닐아세테이트가 가수분해되어 형성된다. 에틸렌비닐알코올(EVOH)은 산소, 질소 및 이산화탄소와 같은 가스로부터 최고의 가스 차단 보호 기능을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 에틸렌비닐알코올(EVOH)은 투명하며 광택이 있는 열가소성 공중합체이다.
본 발명의 실시예에 따른 산소차단층(135)은 이러한 특성을 갖는 에틸렌비닐알코올(EVOH)을 적용하되, 산소 차단성 및 열안정성을 고려하여 에틸렌의 함량이 27 mol% 내지 44 mol%인 에틸렌비닐알코올(EVOH)을 적용할 수 있다.
에틸렌비닐알코올(EVOH)의 산소 차단성은 흡수되는 물에 의해 많은 영향을 받는데, 에틸렌비닐알코일에 물의 단분자 흡수량을 계산하여 실험한 결과 흡수되는 물의 양은 상대습도에 의존하는 것으로 나타났다.
상대습도가 0%에서 산소가스 투과율은 에틸렌의 함량이 증가함에 따라 현저하게 증가하지만, 상대습도가100%일 때 산소가스 투과율은 에틸렌 함량이 44%일 때 최저치를 보이며 에틸렌 함량이 감소함에 따라 현저하게 증가한다.
따라서, 에틸렌비닐알코올(EVOH)은 산소가스 차단성 및 열적 안정성(몰딩기계를 통한 가공온도)의 두 측면을 모두 고려하여 가장 효율적인 에틸렌 함량이 27mol% 내지 44mol% 임을 도출하였다.
여기서, 27mol%는 알코올 함량이 제일 높아서 산소차단성이 제일 우수하지만, 함량이 높은 필름을 생산하기가 어려운 부분이 있어서 44mol% 정도의 EVOH수지를 사용할 수 있다. 27mol% 이하는 EVOH 제조업계의 현 보유장비로 가공하기에는 매우 어려워 경제성이 낮고, 44mol% 이상은 가공은 쉬우나 산소 차단성이 급격히 낮아질 수 있다.
한편, 제1 합성수지층(133) 및 제2 합성수지층(139)는, 어느 정도의 수분 배리어성을 갖는 투명의 선형저밀도 폴리에틸렌(Liner Low Density Polyethylene; 이하 LLDPE)층(131, 138)과, 훨씬 우수한 수분 배리어성을 갖는 반투명의 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene; 이하 HDPE)층(132, 137) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 합성수지층(133)과 제2 합성수지층(139)이 동일하게 둘 이상의 층을 포함하는 경우, 제1 및 제2 합성수지층(133, 139)의 적층 구조는 산소차단층(135)을 기준으로 서로 대칭되게 형성된다. 예를 들어, 제1 합성수지층(133)이 LLDPE층-HDPE층 순으로 형성되는 경우, 제2 합성수지층(139)은 HDPE층-LLDPE층 순으로 배치되어, 전체적으로 LLDPE층-HDPE층-산소차단층-HDPE층-LLDPE층 순으로 다층 배리어 구조를 형성할 수 있다.
또한, 제1 합성수지층(133)과 제2 합성수지층(139)이 동일하게 둘 이상의 층을 포함하는 경우, LLDPE층(투명)-HDPE층(불투명)-LLDPE층(투명)과 같이 서로 교대로 적층해서, 빛 산란 이론에 근거한 투명도를 개선하는 것이 좋다.
투명 이중차단 하이배리어 필름(130)의 전체 두께 및 투명성을 모두 고려할 때 가장 바람직한 적층 구조는, 도시된 바와 같이 제1 합성수지층(133) 및 제2 합성수지층(139)이 LLDPE층(131, 138)과 HDPE층(132, 137)을 한 층씩 포함하는 경우이다. 이때, HDPE층(132,137)은 산소차단층(135)과 접합되도록 배치되어, 제1 합성수지층(133)의 LLDPE층(131) 및 HDPE층(132)과, 제2 합성수지층(139)의 HDPE층(137) 및 LLDPE층(138)이, 산소차단층(135)을 기준으로 서로 대칭되게 형성된다.
여기서, LLDPE층(131, 138)은 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene; LDPE)으로 대체될 수 있다.
저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 역시 수분 배리어성을 가지며 상온에서 투명한 고체이다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 밀도는 0.910~0.928g/cm3으로, 다른 소재에 비해 밀도가 낮은 특성이 있다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 나뭇가지처럼 갈라진 분자구조인 '분지'가 많은 구조를 갖는다. 나뭇가지 같은 분지배열이 쌓이면 분자 틈에 공간이 많아지고, 이로 인해 폴리에틸렌 분자배열이 불규칙하며 사슬간의 쌓임 정도가 낮아 밀도가 낮은 것이다. 이처럼, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 방수성이 뛰어나고, 보온력이 좋으며, 투명한 특징이 있다.
선형저밀도 폴리에틸렌(Liner Low Density Polyethylene; LLDPE)은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 비슷한 성질을 갖고 있지만 더 유연하고 강성이 좋은 합성수지이다. 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)에 비해 얇은 두께에서 우수한 물리적 성질을 구현할 수 있다는 점, 투명도 및 내열성이 우수하다는 점에 있어 큰 이점이 있다.
HDPE층(132, 137)은 에틸렌을 주원료로 하는 합성수지 중 가장 높은 밀도를 갖는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 이루어진다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)와 마찬가지로 선형의 분자구조를 가지며, 촉매를 사용해 더욱 낮은 압력에서 에틸렌을 중합하여 밀도가 0.94~0.97g/cm3가 된다.
고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 반투명한 고체의 합성수지로 그 강도가 우수하고, 내열성 및 수분 배리어성(방습)이 뛰어나다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 밀도가 높아질수록 투명도는 낮아지지만, 수분 배리어성은 우수한 특성이 있다. 다시 말해, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 투명도가 낮아질수록 수분차단성이 높아진다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 비록 투명도가 낮지만 수분 배리어성이 뛰어난 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 채택하되, 빛 산란 이론에 기초하여 반투명한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 투명성을 개선시켰다.
즉, 반투명한 HDPE층(132, 137)의 양쪽에 투명의 LLDPE층(131, 138)을 접합시키면 빛의 산란이 일어나는데, 이때 빛의 산란으로 불투명해 보이는 HDPE층(132, 137)의 뒤쪽을 볼 수 있게 되는 빛 산란 제어 기술을 적용한 것이다.
빛 산란 제어 기술이란 빛의 산란으로 감춰진 물체를 볼 수 있는 기술이다.
'투명테이프의 재발견'이라는 실험으로, 불투명한 유리창에 투명테이프를 붙임으로써 흐릿하던 유리가 투명하게 되었다. 투명테이프가 불투명한 유리의 요철을 메워 빛 산란을 줄인 것이다.
우리가 피부 속을 볼 수 없는 이유는 빛이 피부에 흡수되기 때문이 아니라, 빛이 산란되기 때문이다. 빛의 산란으로 피부 속이 보이지 않는 만큼, 역으로 생각하면 빛 산란을 제어할 경우 피부 속을 볼 수 있다는 것이다.
이처럼, 빛이 산란된 만큼 역으로 반사시키면 빛 산란으로 인해 보지 못하는 문제를 해결할 수 있다는 것이 빛 산란 제어 기술의 기본 원리이다. 이때 제시되는 물리학 이론 중 하나가 광 위상 공액(phase conjugation)이다.
위상 공액과 빛 산란 기술을 활용하면, 연기나 구름 같은 장애물 때문에 보이지 않던 건너편 물체를 또렷하게 볼 수 있을 뿐만 아니라, 사람의 피부와 같이 산란이 심한 물체 뒤에 숨어 있는 대상까지도 선명하게 관찰할 수 있다. 그러나, 이를 위해서는 물체 중간에 있는 장애물의 빛 산란을 제어할 수 있도록, 산란된 빛의 정보를 기록하고 정확하게 그 빛을 반대편으로 다시 반사시키는 과정이 필요하다.
본 발명의 실시예에서는, 투명의 LLDPE층 - 반투명의 HDPE층 - 투명의 LLDPE층(또는 투명의 산소차단층)과 같이 3층 구조에 의해, 투명도를 효과적으로 개선하였다.
이와 유사하게 태양광 발전용 Solar Panel 분야에서는, 최근 고투명의 Inomomer 수지(DuPont Surlyn 1605) 10㎛ - 불투명의 EBA 수지 80㎛ - 고투명의 Inonomer 수지(DuPont Surlyn 1605) 10㎛의 3층 공압출 필름을 만들어서 투명의 태양광 Panel을 개발한 예가 있다. 기존에 검은색 패널로 형성되었던 태양광 패널을 투명으로 개발하여 유리창으로 활용하고 있다.
이러한 원리에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름(130)은 LLDPE층(투명)-HDPE층(반투명)-EVOH(투명)-HDPE층(반투명)-LLDPE층(투명) 순으로 적층되는 것이 바람직하며, 제1 및 제2 합성수지층(133, 139)이 둘 이상의 다층 구조를 포함하는 경우 LLDPE층(투명)-HDPE층(불투명)-LLDPE층(투명)과 같이 서로 교대로 적층해서 투명도를 개선하는 것이 바람직하다.
한편, 이러한 원리(이론)은 북미 및 유럽에서는 “I Beam Effect”라 칭하고, 아시아에서는 “H Beam Effect”라 칭하기도 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름을 제조하는 방법을 설명하는 공정 단계를 나타낸 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름은 공압출 블로운 방식(coextruded Blown type) 또는 공압출 캐스트 방식(Coextruded Cast type)에 의해 다층 구조의 필름이 제조될 수 있다.
공압출은 2대 이상의 압출기(extruder)를 사용하여 각각의 용융수지를 동시에 압출하고 용융상태에서 복수 층으로 적층하여 복합필름을 생산하는 가공법이다.
공압출의 목적은 하나의 층으로 생산된 필름에 다양한 기능을 부가하기 위한 것이다. 다시 말해, 하나의 특정 수지는 하나의 독특한 성질을 가지는데, 이 기능 외에 새로운 기능을 부여하고자 기존의 수지와 새로운 기능을 가진 수지를 함께 공압출하여 적층시킴으로써 복합적인 기능을 갖는 필름을 생성하게 된다.
이중, 공압출 블로운 방식(coextruded Blown type)은, 제1 합성수지층(도 4의 133), 접착제층(도 4의 134), 산소차단층(도 4의 135), 접착제층(도 4의 136), 제2 합성수지층(도 4의 139)에 대응되는 각 용융수지를 Die에서 모아서 Air Ring을 통해 공기를 위로 불어주면, 풍선같이 생긴 Bubble이 수직 방향으로 위로 올라가면서 공기와 접촉하여 공냉(cooling)이 되고, 상온 정도로 식은 필름을 아래 지상층의 와인딩(winding) 기계에서 감아서 Coextruded Blown Film이 되는 것이다.
이러한 공압출 블로운 방식에 따르면, 강력한 내열성으로 HFFS(수평포장기) 혹은 VFFS(수직포장기)를 적용하여 빠른 속도로 생산되는 제품의 생산성을 증대할 수 있다.
공압출 캐스트 방식(Coextruded Cast type)은, 각 수지가 용융되어 토출되는 출구에 대구경의 캐스팅롤(냉각롤)이 위치하고 있으며, 이 캐스팅롤은 각 용융수지가 적층된 필름을 냉각시키는 효과를 제공한다. 즉, 각 용융수지가 적층된 필름이 캐스팅롤을 타고 이동하면서 각 필름의 수지가 냉각되어 한 겹의 Coextruded Cast Film이 된다.
이러한 공압출 캐스트 방식에 따르면, 공압출 블로운 필름 대비 투명성 및 광택성이 우수하며, 두께 편차가 적다.
본 발명은 위 2가지 방법으로 제조가 가능한 공압출 필름을 모두 포함한다.
이상에서 본 발명들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 포장재 시트 110: 베이스필름
120: 접착층 130: 투명 이중차단 하이배리어 필름
131, 139: LLDPE층 132, 137: HDPE층
133: 제1 합성수지층 134, 136: 접착제층
135: 산소차단층 139: 제2 합성수지층
115: 인쇄지
120: 접착층 130: 투명 이중차단 하이배리어 필름
131, 139: LLDPE층 132, 137: HDPE층
133: 제1 합성수지층 134, 136: 접착제층
135: 산소차단층 139: 제2 합성수지층
115: 인쇄지
Claims (10)
- 배리어 필름으로서,
에틸렌을 주원료로 이루어지고 산소 및 수분을 차단하는 제1 합성수지층;
상기 제1 합성수지층의 일면에 형성되는 산소차단층;
상기 산소차단층을 중앙에 두고 상기 제1 합성수지층과 마주보도록 형성되는 제2 합성수지층;
상기 제1 합성수지층과 상기 산소차단층 사이 및 상기 제2 합성수지층과 상기 산소차단층 사이에 각각 형성되어 이들 층간을 접합시키는 접착제층;을 포함하는 한편,
상기 산소차단층은,
폴리에틸렌과 비닐아세테이트의 공중합체로 이루어지는 투명의 에틸렌비닐알코올(Ethylene Vinyl alchol; EVOH)이고,
상기 제1 합성수지층 및 상기 제2 합성수지층은,
산소 배리어성을 갖는 투명의 선형저밀도 폴리에틸렌(Liner Low Density Polyethylene; LLDPE)층과, 수분 배리어성을 갖는 반투명의 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene; HDPE)층을 포함하여 다층 구조를 가지며,
상기 다층 구조는 상기 투명의 선형저밀도 폴리에틸렌층과 상기 반투명의 고밀도 폴리에틸렌이 서로 교대로 적층해서 빛 산란 이론에 근거한 투명도를 개선하는 구조를 가지되,
상기 산소차단층을 기준으로 상기 제1 합성수지층과 상기 제2 합성수지층의 다층 구조가 서로 대칭되게 형성되도록 상기 제1 합성수지층은 외측에서 내측 방향으로 선형저밀도 폴리에틸렌층-고밀도 폴리에틸렌층 순으로 형성되고, 상기 제2 합성수지층은 내측 방향으로 고밀도 폴리에틸렌층-선형저밀도 폴리에틸렌층 순으로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 이중차단 하이배리어 필름.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 산소차단층은,
산소차단성 및 열안정성을 고려하여 에틸렌의 함량이 29 mol % 내지 44 mol% 인 것을 특징으로 하는 투명 이중차단 하이배리어 필름.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 베이스필름;
제1항에 따른 투명 이중차단 하이배리어 필름;
상기 베이스필름 상에 접착성 유기용제(VOC)를 형성하여 상기 베이스필름과 상기 투명 이중차단 하이배리어 필름을 접합시키는 접착층;
을 포함하는 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트.
- 제7항에 있어서,
상기 베이스필름은,
폴리에스터(Polyester; PET)필름, 폴리프로필렌(Polypropylene) 필름, 나일론 필름, 및 폴리에틸렌(PE) 필름 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트.
- 제8항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 필름은 BOPP(Biaxially Oriented PolyPropylene) 필름을 포함하고,
상기 나일론 필름은 BOPA(Biaxially Oriented PolyAmide) 필름을 포함하며,
상기 폴리에틸렌 필름은 BOPE(Biaxially Oriented Polyethylene) 필름 및 MOPE(Mono-axially Oriented Polyethylene) 필름을 포함하는,
것을 특징으로 하는 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트.
- 제7항에 있어서,
상기 투명 이중차단 하이배리어 필름은,
상기 접착성 유기용제의 성분이 내용물이 담긴 내부로 유입되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 투명 이중차단 하이배리어 필름을 이용한 포장재 라미네이트.
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|---|---|---|---|
| KR1020230084882A KR102671109B1 (ko) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 투명 이중차단 하이배리어 필름 및 이를 이용한 포장재 라미네이트 |
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Publications (1)
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| KR102671109B1 true KR102671109B1 (ko) | 2024-05-30 |
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ID=91275469
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| KR1020230084882A KR102671109B1 (ko) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 투명 이중차단 하이배리어 필름 및 이를 이용한 포장재 라미네이트 |
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| KR (1) | KR102671109B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006036346A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Mitsubishi Plastics Ind Ltd | 分配パッケージの蓋材用複合フィルム |
| KR20180117736A (ko) * | 2013-06-18 | 2018-10-29 | 미첼만, 인크. | 프라이머 코팅을 그 안에 포함하는 라미네이트 구조물 |
| KR102490787B1 (ko) | 2021-12-29 | 2023-01-20 | (주)에버켐텍 | 코팅제 및 이를 포함하는 배리어 필름 |
-
2023
- 2023-06-30 KR KR1020230084882A patent/KR102671109B1/ko active IP Right Grant
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