KR20200088259A

KR20200088259A - 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물

Info

Publication number: KR20200088259A
Application number: KR1020200086691A
Authority: KR
Inventors: 이호영
Original assignee: 이호영
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2020-07-22

Abstract

본 발명은 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PET수지 복합체(PET copolymer)로 구성되어 접착력이 우수하고 재활용이 가능하도록 하는 것으로 PE나 PP계 필름의 열접착성이나 인쇄성을 향상시키고 재가공성을 개선하여 재활용도를 높여 증가하는 플라스틱에 의한 환경오염을 줄이도록 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예는 PET수지 복합체(PET copolymer) 100 중량부에 대하여, 친환경 가소제 5 내지 120 중량부와, 아크릴고무나 아크릴계 코폴리머와 부타디엔고무나 부타디엔계 코폴리머를 5 내지 100 중량부를 혼합하여 이루어진다.

Description

재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물{A film composition for packaging which is recyclable and excellent in adhesion}

본 발명은 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PET수지 복합체(PET copolymer)로 구성되어 접착력이 우수하고 재활용이 가능하도록 하는 것으로 PE나 PP계 필름의 열접착성이나 인쇄성을 향상시키고 재가공성을 개선하여 재활용도를 높여 증가하는 플라스틱에 의한 환경오염을 줄이도록 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물에 관한 것이다.

현재 일반적으로 사용하는 포장용 필름은 PVC에서 PE, PP, PET같은 폴리올레핀계 수지나 폴리에스터계수지로 대체되었으나 PE나 PP수지가 주로 사용되며 PET수지로 구성되는 필름도 개발되어 용도가 늘어나는 추세이다.

그러나 각 수지의 물성 특징으로 인한 한계로 용도가 제한되거나 사용되어도 심각한 환경문제를 가져오고 있으며, PE나 PP수지로 구성되는 필름은 독성이나 재활용면에서 가장 우수하고 투명도도 양호하나 접착성이나 인쇄성이 불량하며 PET수지로 구성되는 필름은 투명도나 물성은 양호하나 재활용의 어려움이나 후가공성이 불량한 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로 PET copolymer를 기재수지로 하여 경도를 낮추고 가공성을 개선하여 PE나 PP, PET수지로 구성되는 필름의 물성과 가공성을 향상시켜 플라스틱으로 인한 환경오염 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제1004614호 "ＰＶＣ와 유사한 성형성을 갖는 ＰＥＴＧ계 성형용데코시트"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG) 수지에 엘라스토머(elastomer) 수지를 용융혼합(alloy)한 PETG 얼로이 수지를 포함하고, 엘라스토머 수지가 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지에 폴리에테르 글리콜(Polyether Glycol)을 공중합한 엘라스토머 수지인 것을 특징으로 하는 데코시트.'를 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 ＰＶＣ와 유사한 성형성을 갖도록 하나 주로 경질시트, 식품용기 등으로 이용되고 있으나 연질화(softening)의 어려움으로 연질필름이나 연질시트 제조에 어려운 문제점이 있었다.

특허등록 제1004614호 "ＰＶＣ와 유사한 성형성을 갖는 ＰＥＴＧ계 성형용데코시트"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열접착성과 인장강도를 향상시키고 재활용도 가능하여 재활용이 불가능한 PET수지나 나이론수지와 올레핀계 수지와 접합, 코팅, 공압출 등으로 제조된 필름을 대체하여 폐비닐로 인한 심각한 환경오염을 방지할 수 있으며, 우수한 인장강도와 우수한 열 접합성으로 폴리올레핀계 수지(Polyolefin based resin)나 PS계 수지와 양호한 상용성과 혼합성으로 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 PET수지 복합체(PET copolymer) 100 중량부에 대하여, 친환경 가소제 5 내지 120 중량부와, 아크릴고무나 아크릴계 코폴리머와 부타디엔고무나 부타디엔계 코폴리머를 5 내지 100 중량부를 혼합하여 이루어져, 사출, 압출 및 캘린더 가공 방법 중 어느 하나의 방법으로 가공이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 친환경 가소제 5 내지 120 중량부를 식물성 오일 10 내지 120 중량부로 대체 사용하는 것을 특징으로 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물을 제공하고자 한다.

또한, TPEE(Thermoplastic polyester elastomer)수지를 5 내지 150 중량부를 추가 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 친환경 가소제 5 내지 120중량부를 스티렌계 블록코폴리머 5 내지 120 중량부로 대체 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 파라핀계 오일 5 내지 100 중량부를 추가 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 가소제나 오일 같은 액체 형태의 원료를 코아셀형 공중합체에 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용 필름조성물을 제공하고자 한다

또한, PET수지 복합체(PET Copolymer)를 PBT( polyethylene terephthalate)수지로 대체 사용하는 것을 특징으로 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 폴리올레핀계 수지(Polyolefin based resin)를 100~2000 중량부를 추가하는 것을 특징으로 하는 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명의 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물은 PET수지의 최대 결점은 연질화의 어려움이지만 본 조성물로 이루어진 필름이나 올레핀계 수지와 혼합 혹은 공압출하여 구성된 필름은 열접착성과 인장강도를 향상시키고 재활용도 가능하여 재활용이 불가능한 PET수지나 나이론수지와 올레핀계 수지와 접합, 코팅, 공압출등으로 제조된 필름을 대체할 수 있고 필름의 두께가 0.5mm이상 되는 포장재의 열접착도 가능하게 하여 폐비닐로 인한 심각한 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있으며, PET필름이나 OPP필름에 LLDPE수지로 코팅된 필름이 생수나 식품용기의 뚜껑(cap)으로 주로 사용하는데 이러한 필름은 용기를 구성하고 있는 PP나 PS계 수지와 불량한 상용성과 혼합성으로 뚜껑(cap)과 용기를 분리하지 않으면 재활용이 불가능하여 환경오염요인의 하나이지만, 본 발명의 조성물로 제조된 필름이나 본 조성물과 LLDPE나 PP 같은 타 수지와 혼합하여 구성된 필름은 우수한 인장강도와 우수한 열 접합성으로 PP수지나 PS계 수지와 양호한 상용성과 혼합성으로 재활용이 가능한 매우 유용한 효과가 있다.

아래에서 본 발명은 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시 예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 비닐 포장제의 원료는 PE나 PP 같은 올레핀계 수지를 주로 사용하며 특수한 용도의 경우 PVC, PET, TPU, 나이론 등으로 제조된 필름을 사용한다.

올레핀계 수지의 접착성, 인쇄성 등 물성결함을 보완하기 위하여 특수용도의 필름은 올레핀계 수지에 PVC, PET, TPU, 나이론 등을 접합하거나 공압출하여 사용하는 것으로 특수용도의 필름은 재활용이 어려운 문제점을 가져온다.

PET수지(polyethylene terephthalate resin)는 테레프탈산(terephthalic acid.)과 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 축합중합하여 얻을 수 있는 포화 폴리에스터(saturation polyester)로 결정성 플라스틱으로서 내열성, 강성, 전기적 성질, 내유성 등이 뛰어나지만 결정화가 늦어 성형성과 충격강도에 있어 난점이 있으나 우수한 광택, 가스베리어성, 위생성, 내약품성, 강인성 등을 보유하여 여러 용도에 사용되고 있으나 A경도 100이하로 연질화(softening)가 어려우며 이것이 PET수지가 PVC수지에 대한 최대 결점이다.

PVC수지는 기공성(porosity)이 많은 분말 형태로 제조되어 가소제 흡수력이 양호하여 연질화가 용이하나 PET수지는 입자상태(pellet)로 제조되어 가소제 같은 액체와 혼합이 용이하지 않다.

입자상태의 수지에 가소제나 오일 같은 액체 형태의 원료를 혼합하는 방법은 주로 반죽기(kneader)나 압출기에 오일펌프를 이용한 혼합방법을 사용하나 낮은 생산성과 정밀한 제품 생산의 어려움으로 기피되고 있다.

압출기의 베럴(barrel 혹은 cylinder)의 중간 부분에 위치한 오일공과 정량펌프를 압력호스나 파이프로 연결하여 가소제나 오일을 가압 혼합시키나 PET수지 중 가소제나 오일과의 상용성과 혼합성이 가장 양호한 PET-G도 15중량부 이상 혼합하기가 어렵다.

PVC수지의 연질화는 고속 혼합기에 PVC 원료와 가소제와 안정제, 활제 및 기타 첨가제를 투입하고 10 내지 15분 정도 혼합하면 혼합물의 온도가 80∼100℃정도 상승하고 가소제나 기타 첨가물이 분말상태의 PVC원료에 흡수되어 끈적임 현상이 없는 분말상태가 되어 압출기나 캘린더기(calender)에 공급이 용이한 상태가 된다.

PVC수지 연질화에 이러한 방법이 적용될 수 있는 것은 PVC원료가 많은 기공을 가지고 있고 분말상태인 이유이다.

PET수지는 입자 상태로 제조되고 있으며 기공이 없어 PVC와 같은 연질화 방법을 적용할 수가 없다.

이러한 문제를 해결하고자 분말상태이며 가소제나 오일의 흡수가 가능하고 PET수지와 상용성이 양호한 코아셀형 공중합체를 선택하여 표 1과 같이 실험을 실시하였다.

표 1과 같이 코아셀형(core-shell type copolymer)공중합체인 C223A와 친환경 에스터계 가소제인 NEOP와 식물성 오일 중 비교적 코아셀형 공중합체와 상용성이 양호한 팜유와의 혼합상태를 비교하였다.

코아셀형 공중합체(Core-shell type copolymer)는 주로 PVC수지의 충격보강제로 개발되었으며 주로 부타디엔 고무계(butadiene-based rubber), 아크릴 고무계(acrylic based rubber), 시리콘-아크릴계고무(silicone-acrylic based rubber)로 구성되어 있으며 코아부분은 고무로 구성되고 셀 부분은 이들 고무와 상용성이 우수한 아크릴이나 산(san)같은 수지로 구성된다.

본 조성물의 발명을 위한 조사에서 현재 생산되고 있는 수지 중에서 코아셀형 공중합체는 분말 상태이며 다른 수지에 비하여 PET수지와 상용성이 양호하고 TPEE(Thermoplastic polyester elastomer)수지, 스티렌계 블록코폴리머(Styrene based block copolymer), PBT(Polybutylene terehpthalate)수지, 친환경 가소제인 에스터계 가소제, 식물성 오일 등과 우수한 상용성을 갖춘 유일한 수지로 판단된다.

<실험 예 1>

성 분	실 시 예
성 분	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1. C223A	100	100	100	100	100	100	100	100	100
가소제(NEOP)	10	30	60	100	150	200	250	300	350
혼합상태	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	불량
2. C223A	100	100	100	100	100	100	100	100	100
식물성오일(팜유)	10	20	40	60	80	100	120	150	200
혼합상태	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	불량

(1)C223A : 일본 미스비시레이온의 부타디엔 고무계 코폴리머

*(2)NEO-P :한국 애경유화의 친환경 에스터계 가소제

본 실험에서는 PET수지를 연질화 하기 위하여 가장 기본이 되는 가소제나 오일같은 액체 형태의 원료를 코아셀형 공중합체와 혼합하는 실험을 표 1과 같이 실시하였다.

본 실험의 조사에서 코아셀형 공중합체 중에서 C223A가 비교적 PET수지와 상용성이 양호한 것으로 판단되어 혼합상태를 표 1과 같이 실험을 실시하였다.

ET수지의 연질화 과정에서 분말상태의 C223A와 가소제나 팜유의 혼합과정에서 혼합물의 끈적임(sticky 현상)현상과 분말 상태의 원료에 액체 상태 원료의 혼합량이 가장 중요하다.

본 발명의 조성물에서 C223A는 유일한 분말상태이다. C223A와 NEOP와 팜유를 혼합기에서 혼합한 후 혼합물의 상태를 검사하였다.

실시예 1에서 실시예 9까지 C223A 100 중량부에 NEOP와 팜유의 혼합량을 단계적으로 증량하여 혼합물의 상태를 검사한 결과 실시예 1에서 실시예 4의 상태는 끈적임 현상이 없는 양호한 상태이며 실시예 5에서 8은 끈적임 현상은 있었으나 입자상태의 PET수지나 타수지와 같이 혼합하면 압출기 같은 가공기계의 혼합물 공급이 가능할 것으로 판단되며 실시예 9는 끈적임 현상이 심하여 원료 공급이 불가능 할 것으로 생각된다.

C223A와 NEOP를 고속 혼합기에서 2분에서 3분 정도 혼합하면 혼합물의 온도가 20℃에서 30℃정도 되며 NEOP가 C223A에 흡수되어 압출기나 캘린더기에 공급이 가능할 정도의 혼합상태가 되며 혼합시간이 길어지면 덩어리(cake 현상)가 생기는 현상이 발생하여 가공기계에 원료 공급이 불가능하게 된다.

표 1의 실험과 같이 팜유의 혼합량은 NEOP의 50%정도이나 연질화 정도(경도가 낮아지는 비율)는 비슷하였다.

본 발명의 조성물의 컴파운드(compound) 가공에서 가능한 코아셀형 코폴리머의 혼합비율은 낮추고 가소제나 오일의 함량을 증가하는 것이 인장강도나 신율등 조성물의 물성개선에 좋다.

이는 PET수지와 코아셀형 코폴리머와의 다소 낮은 상용성이 원인이다.

본 실험예와 같이 실험을 실시한 결과 PET수지의 연질화는 코아셀형 코폴리머를 입자 상태인 PET, TPEE, PBT수지에 가소제나 팜유같은 액체를 혼합하기 위한 중간제로 이용함으로써 PVC수지의 연질화 방법과 같은 방법으로 본 발명의 조성물 가공이 가능하여 사출, 압출, 캘린더 가공 방법으로 연질 PVC를 대체할 수 있는 재생이 가능하고 독성도 없는 친환경 플라스틱 제품 제조가 가능하다.

<실험 예2>

본 발명의 주 소재인 PET 수지는 물성이 양호하고 무독성이며 특히 투명도가 우수한 친환경 수지이나 PVC수지에 비하여 가공성이 불량하고 연질화가 어렵다.

이러한 문제를 해결하고자 A-PET(amorphous-pet)나 PET-G(Glycol modified polyethylene terephthalate)같은 가공성을 개선한 코폴리머가 개발되어 생산되고 있으며 점도가 높은 PET coplymer도 개발되어 생산되고 있어 압출기를 이용한 압출가공뿐만 아니라 캘린더(Calender)가공도 가능하게 된다.

표 2 실시 예와 PET수지 중 가공성이 비교적 양호한 PET-G를 선택하여 실험을 실시하였다.

성 분	실 시 예
성 분	1	2	3	4	5	6
KN100	100	100	100	100	100	100
C223A	5	10	20	40	50	60
가소제(NEOP)	10	20	40	80	100	120
혼합상태	양호	양호	양호	양호	양호	불량
	7	8	9	10	11	12
KN100	100	100	100	100	100	100
C223A	5	10	20	40	50	60
식물성오일(팜유)	5	10	20	40	50	60
혼합상태	양호	양호	양호	양호	양호	불량
압출온도	190∼210	190∼210	190∼210	190∼210	190∼210	190∼210

※ (1)C223A : 일본 미스비시레이온의 부타디엔 고무계 코폴리머

(2)NEO-P : 한국 애경유화의 친환경 에스터계 가소제

(3)KN100: SK 케미칼제조 PET-G 품목번호.

표 2 실험예 1∼6과 같이 PET-G 100 중량부에 C223A를 5∼60 중량부, 가소제를 10∼120 중량부, 팜유를 5∼60 중량부를 단계적으로 증량하여 각각 3분 정도 혼합한 후 압출기로 190∼210℃의 온도로 압출하여 시편의 상태를 검사하였다.

실험 예 1에서와 같이 C223A 100 중량부와 가소제 200 중량부, C223A 100 중량부와 팜유 100 중량부를 혼합한 상태가 가장 양호하여 실험예 1∼12와 같이 실험을 실시하였다.

실험예 1, 2, 3, 4와 7, 8, 9, 10은 혼합상태가 양호하여 압출기의 원료 공급이 양호하였고 압출가공 후의 시편의 상태도 끈적임 현상이 없었다. 실험 예 5와 11은 약간의 끈적임 현상이 있었으며 실험예 6과 12는 심한 끈적임 현상이 나타났다. 이러한 끈적임 현상이 나타나는 원인은 고체원료의 혼합량에 비하여 액체원료의 혼합량이 과다한 원인으로 생각되며 이는 침출(bleeding)이나 blooming(표면에 발생하는 곰팡이와 비슷한 현상)의 원인이 되기도 한다.

본 실험에서와 같이 KN100(PET-G) 100 중량부에 C223A(core-shell type copolymer) 40 중량부 가소제 80 중량부와, KN100 100 중량부에 C223A 50 중량부, 식물성 오일인 팜유 50 중량부가 혼합된 경우가 가장 우수한 상태를 보였다.

<실험예 3>

TPEE(Thermoplastic copolyester elastomers)수지는 하드세그먼트(crystallizable glycol terepohthalate)와 소프트세그먼트(amorphous elastomeric polytetramethylene ether terephthalate)로 이루어지는 블록코폴리머로 고무와 엔지니어링 플라스틱의 특성을 모두 가지고 있고 내열성, 내한성 및 기계적 물성이 우수하고 PVC, TPU, PET수지 등 타 수지와의 상용성이 우수하며 시험결과 PET수지와의 상용성도 우수하여 PET수지를 기제로한 조성물의 물성개선에 적합한 수지로 판단된다.

TPEE수지의 탄성은 하드세그먼트, 유연성은 소프트세그먼트가 형성하며 하드세그먼트는 주로 강직성, 모듈러스, 기계적강도, 내열성, 내유성 등에 영향을 미치고 소프트세그먼트는 고무탄성, 유연성, 저온특성에 영향을 미치는데 소프트세그먼트의 비율이 ?으면 에라스토머의 특성인 반발탄성, 유연성, 내충격성 등이 우수한 현상이 나타나므로 소프트세그먼트 비율이 높은 저경도(D경도 50이하)의 TPEE수지를 선택하면 양호한 혼합성과 상용성이 우수하고 경도도 낮추는 효과도 있다.

실험예 3에서는 KN100(PET-G)과 C223A(core-shell tpe copolymer), 그리고 NEO-P(가소제)와 혼합하였을 경우 발생하는 결점을 TPEE수지를 혼합하여 보강하는 실험을 표 3과 같이 실시하였다.

성 분
성 분	1	2	3	4	5	6
KN100	100	100	100	100	100	100
C223A	25	35	40	50	100	150
팜오일	5	20	40	50	130	180
240D	0	5	25	65	150	200
경도(A)	97	A93	A87	A72	A65	A54
품질개선 결과	불량	양호	양호	양호	양호	불량
비중	1.2	1.13	1.12	1.10	1.13	1.18
인장강도 (㎏f/㎠)	401	157	133	58	59	28
신율 (%)	31	330	350	280	255	150

(2)240D : SK케미칼 제조 TPEE 품목번호

(3)KN100 : SK 케미칼제조 PET-G 품목번호

표 3의 실시 예1과 같이 240d(TPEE)를 혼합하지 않으면 사출한 시편의 표면 상태는 양호하나 인장강도와 신율의 측정이 어려울 정도로 물성이 불량하며 경도 변화도 거의 나타나지 않았으며 실험예 2, 3, 4, 5는 연질화 정도도 우수하며 물성도 양호하였고 시편의 사출상태도 우수하였다.

실험예 6은 실험예 5에 비하여 물성이 급격히 악화되는 현상이 발생하였는데 이러한 원인은 KN100(PET-G)에 비하여 C223A와 팜오일의 과다한 혼합이 원인으로 생각되며 양호한 물성을 보유한 240D(TPEE)를 다량 혼합하여도 물성이 개선되지 않았다.

이상의 실험에서 KN100 100 중량부에 C223A 100 중량부, 팜오일 130 중량부, 240D 150 중량부 이하로 혼합하는 것이 가장 적정한 수준으로 생각되며, KN100, C223A, 팜오일, 240D로 구성되는 본 조성물에서는 경도 A72(PVC 100 중량부에 가소제 75 중량부 정도)이하의 조성물의 구성은 불가할 것으로 생각된다.

<실험예 4>

폴리스티렌계블록코포리머(Polystyrene-elastomer block copolymer : TPR)는 SBS(styrene-butadiene-styrene),SEBS(styrene-ethylene-butadiene-styrene), SIS(styrene-isoprene-styrene),SEPS(styrene-ethylene-propylene-styrene)등이 있고, 연질PVC나 가류고무의 대체재로 상용화되고 있으며 SBS와 SEBS가 주로 사용되고 SIS는 주로 점착제 용도로 사용한다. SEBS는 내후성, 내열성, 가공성이 양호하나 접착성, 인쇄성이 불량하고 SBS는 비교적 저가이나 SEBS나 SEPS에 비하여 내후성, 내노화성, 내열성, 내유성 등이 불량하다. TPR은 가공성 개선과 저경도화를 위하여 가소제 대신 파라핀계 오일을 주로 사용하고 있으며 오일의 함량이 200 중량부 이상도 가능하며 A경도 10이하의 조성물도 구할수 있다.

성 분	1	2	3	4	5	6	7	8	9
KN100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
3390(SIS)	5	10	20	50	100	120	150	200	250
240D	100	100	100	100	100	100	100	100	100
혼합상태	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호
경도(A)	97	96	95	95	94	94	92	90	88
인장강도(㎏f/㎠)	2.41	2.29	2.25	1.98	1.78	1.7	1.64	1.41	1.36
신율(%)	326	342	390	360	339	328	334	286	328

※ QUINTAC 3390 : 일본 제온(ZEON)사 SIS 품목번호.

표 4 실시 예 1에서 9는 PET수지를 연질화하기 위하여 가소제나 오일을 대체하여 SIS(3390)룰 혼합하여 물성시험을 실시하였다.

식품 포장용 필름에 가소제나 오일 같은 액체성 물질을 혼합하면 침출로 인한 오염이 문제가 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 경도가 낮으며 PET수지와 상용성이 양호하고 독성도 없는 폴리스티렌 블록코폴리머(PTR:thermoplastic rubber)를 PET수지에 혼합하여 경도를 낮추는 실험을 실시하였다.

표 4의 실시 예 1은 A경도 97으로 LLDPE와 비슷하나 물성은 LLDPE와 비교하여 아주 양호한 물성을 나타내고 있으며, 실시 예8은 A경도 90으로 연질PVC 가소제 함량 50 중량부와 비슷한 경도로 부드러운 필름 제조도 가능하며 물성도 LLDPE 보다 우수하였다.

실시 예 9는 물성은 LLDPE 보다 우수하였으나 SIS의 다량 혼합으로 인하여 끈적임(sticky) 현상이 발생하였다.

<실험예 5 >

화이트오일은 원유를 정제하는 과정에서 생성되는 부산물로 알케인(alkane)과 파라핀(paraffin)이며 광물유 또는 미네랄(mineral oil)오일이라고도 하며 스티렌계 블록코폴리머의 유연제로 쓰인다. PVC수지는 주로 가소제만을 혼합하여도 용이하게 양질의 연질제품 제조가 가능하나 PET수지를 주원료로 한 연질제품 제조는 침출현상(bleeding), 이행성(migration), blooming과 같은 부작용이 PVC수지보다 다양하고 쉽게 발생한다.

성 분	실 험 예
성 분	1	2	3	4	5	6
KN100	100	100	100	100	100	100
C223A	20	20	60	60	50	50
240D	40	40	80	80	120	120
팜오일	20	10	60	30	50	25
화이트오일		10		30		25
인장강도(kgf/㎟)	1.93	2.09	1.02	1.25	1.22	1.41
100%modulus(kgf/㎟)	1.36	1.65	156	0.95	0.87	1.07
200%modulus(kgf/㎟)	1.36	1.62	170	1.10	0.93	1.32
혼합상태	끈적임	양호	끈적임	양호	끈적임	양호

표 5의 실험예 1에서 6과 같이 PET수지의 물성변화에 대한 실험을 실시하였다. 실험에 의하면 KN100 100 중량부에 팜유의 혼합량이 20 중량부 이하인 경우에는 끈적임 현상이나 표면 침출현상이 심하지 않으나 20 중량부 이상 혼합하면 이러한 현상이 급격히 증가한다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 화이트오일을 팜오일과 병용하면 표면 끈적임 현상도 감소하고 실험예 2, 4, 6과 같이 인장강도가 증가하는 등 물성도 양호하여진다.

실험예 4와 6은 오일의 양을 60에서 50으로 줄이고 TPEE의 양을 80에서 120으로 증량하면 A경도73으로 비슷한 경도에서 인장강도가 1.25에서 1.41로 개선된다. 그러나 고가의 240D(TPEE)의 다량 혼합은 물성개선에 도움이 되나 원가상승의 요인이 될 수도 있다.

이상의 실험과 같이 팜유 100 중량부에 화이트오일 100 중량부 이하의 비율로 혼합하면 오일의 표면침출(bleeding현상)이나 blooming현상을 방지할 수 있고 물성개선도 가능하다.

<실험예 6>

PBT수지는 테레프탈산이 1,4-부탄디올과 반응하여 만들어지며 각종 EP(engineering plastic)중에서 내열성, 내약품성, 전기적 특성이 우수한 결정성 수지로 결정화 속도가 빠르므로 성형 사이클이 짧고 내후성, 내마찰, 내마모 특성과 치수안정성이 우수하며 전기, 전자, 자동차부품 등에 주로 사용된다. 특히 내열성이 우수한 수지이며 고온에서도 물성 저하폭이 좁고(120℃∼130℃에서도 장시간 사용이 가능), 고온, 고하중에서도 변형이 없다. 융점은 220℃∼225℃이다.

우수한 물성을 보유한 PBT수지로 PET-G수지를 대체 함으로써 PET-G수지를 기제로한 에라스토머의 물성을 크게 개선할 수 있을 것으로 생각된다.

	실 시 예
	1	2	3	4	5
KN100	100	90	80	50
GP1000S		10	20	50	100
가소제(NEOP) : part	40	40	40	40	40
C223A	20	20	20	20	20
경도(A)	95	95	95	95	94
열특성(VSP) :4.6kg/㎠·℃	67.6℃	68.7	74.5	95.7℃	129.2℃

※VSP (Vicat softening temperature) : ASTM D1525 PBT:LG Chem의 GP1000S임.

포장용 필름에 주로 사용하는 LLDPE의 경도는 A95정도이고 연화점(VSP)은 일반적으로 95℃에서 105℃이다. 실시 예 1과 같이 PET-G(KN100)수지를 주 원료로 구성된 조성물의 연화점은 67.6℃로 LLDPE의 연화점에 비하여 크게 낮다. 이러한 결점을 보완하기 위하여 PET-G수지와 C223A(부타디엔 고무계 코폴리머)와 상용성이 양호하고 가소제나 팜유 같은 식물성 오일의 흡수성도 우수하고 물성도 양호한 PBT수지를 실시 예1, 2, 3과 같이 실험을 실시한 결과 GP1000S(PBT)의 혼합량이 증가함에 따라 VSP가 증가하였으며 실시 예3은 A경도 94정도의 타 수지와 비교하여 매우 우수한 내열성을 나타내어 내열성을 요구하는 특수한 필름 제조도 가능할 것으로 생각되며 이는 연화점이 155℃정도의 PBT수지를 연화점이 80℃ 정도의 PET-G(KN100)를 대체함으로써 개선된 것으로 생각된다.

실시 예2는 GP1000S(PBT)의 소량 혼합으로 내열성 개선현상이 크지 않았으며 실시 예 3과 같이 GP1000S의 혼합량을 20 중량부로 증가한 결과 내열성이 크게 개선되었다.

<실험예 7>

본 실험에서는 PET Copolymer로 구성된 조성물과 포장용 수지로 주로 사용되는 LLDPE와 혼합실험을 실시하였다.

LLDPE는 가스로 촉매를 분사 및 부유시켜 드럼형상의 반응조에 에틸렌을 중합하고 중저압에서 저밀도 폴리에틸렌을 합성하는 것으로 중저압에서 용매를 사용하지 않고 기상 유동성에서 증합시켜 얻어낸 폴리에틸렌 선상 저밀도 폴리에틸렌으로올레핀계 수지 중에서 LLDPE수지가 본 발명의 조성물과 상용성이 우수한 것으로 판단되어 LLDPE수지를 선택하여 표7과 같이 실험을 실시하였다. LLDPE(Linear Low Density Polyethylene)는 LDPE보다 신장율이 30%정도 높으며 LLDPE로 제조되는 필름은 찢어지지 않는 강성 때문에 얇은 필름에 주로 사용하고 투명하고 충격에 강하며 내수성, 내약품성이 우수하다.

	실 시 예
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
KN100		100	100	100	100	100	100	100	100	100
NEOP		20
C223A		10
240D		100	100	100	100	100	100	100	100	40
3390(SIS)			30	30	30	30	30	30	30	32
혼합품 계		230	230	230	230	230	230	230	230	172
3120(LLDPE) 혼합량	100			115	230	690	1150	1610	2300	86
3120 혼합율(%)			0	50	100	300	500	700	1000	50
PP혼합율(%)										50
비중	0.94	1.15	1.16	1.08	1.04	0.97	0.96	0.94	0.94	1.07
경도(A)	96	95	96	95	95	95	96	95	95	94
인장강도(kgf/㎟)	1.34	2.21	2.36	1.75	1.53	1.38	1.48	1.46	1.39	2.14
100%modulus(kgf/㎟)	98	176	186	162	136	129	126	120	104	138
200%modulus(kgf/㎟)	0	183	194	168	142	124	122	118	23	0
신율(%)	184	397	426	358	391	488	629	716	324	164

※3120 : 한화석유화학의 LLDPE 품목번호

QUINTAC 3390 : 일본 제온(ZEON)사 품목번호.

Moplen RP344NK Random PP : 폴리미래(Polymirae)주식회사.

표7의 실시 예2와 3에서는 KN100(PET-copolymer) 100 중량부와 240D(TPEE) 100 중량부에 NEOP(가소제)20 중량부와 C223A(코아형코폴리머)10 중량부를 혼합하였을 경우와 3390(SIS) 30 중량부를 혼합하였을 경우를 비교한 결과 비슷한 경도에서 3390을 혼합하였을 경우가 물성이 양호하였다.

식품 포장용 필름에 가소제나 오일류를 혼합하였을 경우 가소제나 오일의 침출로 인한 오염문제가 발생하여 식품포장용 필름에는 가소제나 오일의 혼합을 피하고 있다. 이러한 이유로 본 실험에서는 실시 예 3의 조성물에 LLDPE를 혼합한 실험을 실시하였다.

실시 예 4에서 9까지 LLDPE의 혼합량을 실시 예 3의 혼합량에 50%(0.5배)에서 1000%(10배)까지 증량하여 물성의 변화를 실험한 결과 실시 예4에서 8은 확실한 물성개선 효과가 나타났으나 실시 예9에서는 약간의 개선효과를 보였으며 실시 예10에서는 L-LDPE와 PP를 각각 50%씩 혼합결과 LLDPE와 비슷한 경도로 인장강도는 크게 개선되었으나 신율과 100% modulus와 200% modulus는 오히려 악화 되었다. 이러한 현상은 실시 예 3의 조성물과 PP의 상용성이 불량한 것으로 판단되며 렘덤PP RP344NK 보다 상용성이 양호한 품목을 선택하면 개선될 것으로 생각된다.

본 발명의 조성물과 올레핀계 수지를 혼합하여 제조된 필름은 올레핀계 수지로 제조된 필름과 열 접착력을 향상시키고 PET수지와의 상용성을 개선하여 폐비닐의 재활용에 크게 기여할 수 있다.

PET수지에 올레핀계 수지로 코팅된 필름은 PET수지로 구성된 제품이나 올레핀계나 스티렌계 수지로 구성된 제품과의 상용성 부족으로 재활용이 어렵다. 그러나 본 발명의 조성물과 올레핀계 수지와 혼합하여 제조된 필름은 PET수지나, 올레핀계 수지나 스티렌계 수지로 제조된 제품들과 재활용이 가능하며 올레핀계 수지와 공압출이 가능하여 다층필름(multi-layer film) 제조도 가능하게 하며 올레핀계 필름의 접착력을 향상시키고 PET수지에 혼합하여 PET수지의 경도를 조절하고 가공성을 개선하여 PET수지로 구성되는 제품의 다양화도 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 재활용이 가능하고 접착력이 우수한 포장용필름 조성물은 PET수지의 최대 결점은 연질화의 어려움이지만 본 조성물로 이루어진 필름이나 올레핀계 수지와 혼합 혹은 공압출하여 구성된 필름은 열접착성과 인장강도를 향상시키고 재활용도 가능하여 재활용이 불가능한 PET수지나 나이론수지와 올레핀계 수지와 접합, 코팅, 공압출 등으로 제조된 필름을 대체할 수 있고 필름의 두께가 0.5mm 이상 되는 포장재의 열접착도 가능하게 하여 폐 비닐로 인한 심각한 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있으며, PET필름이나 OPP필름에 LLDPE수지로 코팅된 필름이 생수나 식품용기의 뚜껑(cap)으로 주로 사용하는데 이러한 필름은 용기를 구성하고 있는 PP나 PS계 수지와 불량한 상용성과 혼합성으로 뚜껑(cap)과 용기를 분리하지 않으면 재활용이 불가능하여 환경오염요인의 하나이지만, 본 발명의 조성물로 제조된 필름이나 본 조성물과 LLDPE나 PP 같은 타 수지와 혼합하여 구성된 필름은 우수한 인장강도와 우수한 열 접합성으로 PP수지나 PS계 수지와 양호한 상용성과 혼합성으로 재활용이 가능한 매우 유용한 효과가 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

Claims

PET수지 복합체(PET copolymer) 100 중량부에 대하여,
에스테르계 가소제 10내지 100중량부 또는 식물오일 5내지 50중량부와, 아크릴고무나 아크릴계 코폴리머 또는 부타디엔고무나 부타디엔계 코폴리머를 5 내지 50 중량부를 혼합하고,
사출, 압출 및 캘린더 가공 방법 중 어느 하나의 방법으로 가공이 가능하고 사이클이 가능하게 접착력이 우수한 포장용 필름 조성물에서 상기 아크릴고무와 아크릴계 코폴리머 또는 부타디엔 고무와 부타디엔계 코폴리머와 코아셀형 공중합체로 이루어진 리사이클이 가능하고 접착력이 우수한 포장용 필름 조성물에 있어서,
PET 수지 복합체(PET copolymer) 100 중량부에 대하여, 스티렌계 블록코폴리머 또는 TPU(Thermoplastic polyurethane) 수지 5내지 100 중량부를 혼합하여, 가 소제나 오일을 혼합하는 것으로 이루어지고, 사출, 압출 및 캘린더 가공방법 중 어느 하나의 방법으로 가공을 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 리사이클이 가능하고 접착력이 우수한 포장용 필름 조성물.
제1항에 있어서,
PET 수지 복합체(PET copolymer) 100 중량부에 대하여, 스티렌계 블록 코폴리머 120 내지 250 중량부 또는 TPU(Thermoplastic polyurethane) 수지 150 내지 300 중량부와 TPEE(Thermoplastic polyester elastomer) 수지 100 중량부와를 혼합하고 가소제나 오일을 혼합하여 구성되고 사출, 압출 및 캘린더 가공방법 중 어느 하나의 방법으로 가공이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 리사이클이 가능하고 접착력이 우수한 포장용 필름 조성물.
제1항에 있어서,
PET 수지복합체(PET copolymer) 50 중량부에 대하여, TPU(Thermoplastic polyurethane) 수지 100 중량부와 TPEE(Thermoplastic polyester elastomer) 수지 50 중량부와 폴리올레핀계 수지 200 질량부와를 혼합하고, 가소제나 오일을 혼합하여 구성하고 사출, 압출 및 캘린더 가공방법 중 어느 하나의 방법으로 가공이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 리사이클이 가능하고 접착력이 우수한 포장용 필름 조성물.