KR20220167064A - 폴리에틸렌과 전분을 사용하는 생분해성 다층 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 다층 필름은 폴리에틸렌 및 전분 중 1 종 이상을 포함하는 수지층; 알루미늄층; 및 종이층을 포함하고 상기 폴리에틸렌의 밀도는 0.94 g/cm3이하이고; 상기 수지층은 단층구조 또는 각 층이 상이한 다층구조가 될 수 있다. 수지층과 종이층에 생분해성 물질을 포함하는 것으로 차단 성능을 유지하면서도 생분해 비율을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 폴리에틸렌 및 전분을 포함하는 생분해성 다층 필름에 관한 것이다.
플라스틱은 가볍고 가공이 용이하며 대량 생산이 가능할 뿐 아니라 내구성, 내약품성 및 기계적 성질이 우수하여 각종 소재로 활용되고 있다. 플라스틱은 파우치, 포장지 등에 사용되는 필름의 소재로도 활용된다. 그런데, 전 세계적으로 환경오염에 대한 심각성이 부각되고, 플라스틱이 주요 환경오염원으로 지목됨에 따라, 생분해성 소재에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있고, 생분해성 소재로 파우치, 포장지 등 각종 상품이 생산되고 있다.
본 발명에 따른 다층 필름은 생분해성이 높으면서도 산소 및 수분을 차단시키는 성능이 우수한 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 다층 필름은, 폴리에틸렌 및 전분 중 1 종 이상을 포함하는 수지층; 알루미늄층; 및 종이층을 포함하고 상기 폴리에틸렌의 밀도는 0.94 g/cm3이하이고; 상기 수지층은 단층구조 또는 각 층이 상이한 다층구조이다.
구체적으로 본 발명에 따른 다층 필름은, 수지층과 알루미늄층 사이의 계면; 및 알루미늄층과 종이층 사이의 계면 중 어느 하나 이상의 계면에 위치하는 접착층을 더 포함한다.
구체적으로 본 발명에 따른 다층 필름은, 수지층의 두께는 20 내지 100μm인 것을 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명에 따른 다층 필름은, 알루미늄층의 두께는 4 내지 20μm인 것을 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명에 따른 다층 필름은, 알루미늄층은 알루미늄 포일, 알루미늄 파우더가 분산된 수지, 및 알루미늄 증착 수지 중 1 종 이상인 것을 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명에 따른 다층 필름은, 종이층의 두께는 40 내지 100μm이고, 중량은 40 내지 100gsm인 것을 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명에 따른 다층 필름은, 접착층은 에폭시 접착제, 우레탄 접착제, 아세톤 접착제 또는 실리콘 접착제인 것을 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명에 따른 다층 필름은, 총 중량에 대해 알루미늄층의 중량이 1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다층 필름은 산소 및 수분 차단율이 우수하면서도 생분해성이 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 다층 필름의 일 실시예에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 필름의 다른 실시예에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다층 필름의 생분해도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 다층 필름의 산소투과도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 다층 필름의 수분투과도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 필름의 다른 실시예에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다층 필름의 생분해도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 다층 필름의 산소투과도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 다층 필름의 수분투과도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 여러가지 실시예 중 일부에 대해 상세히 설명하고 도면에 예시하고자 한다. 다만, 본 발명이 예시된 설명이나 도면의 형태에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형을 가할 수 있으며, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
다층 필름
본 발명에 따른 다층 필름은 폴리에틸렌 및 전분 중 1 종 이상을 포함하는 수지층; 알루미늄층; 및 종이층을 포함하고 상기 폴리에틸렌의 밀도는 0.94 g/cm3이하이고; 상기 수지층은 단층구조 또는 각 층이 상이한 다층구조가 될 수 있다.
본 발명에 따른 다층 필름은 일실시예에서, 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 열가소성 전분(thermoplastic starch, TPS) 및/또는 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE)을 포함하는 것으로 생분해성이 우수하면서도 산소 및 수분의 차단 성능도 우수하다. 이러한 성능을 바탕으로 파우치, 포장지 등에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 다층 필름은 일실시예에서, 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 열가소성 전분(thermoplastic starch, TPS) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE) 중 1 종 이상을 포함하는 층이 1 내지 5층으로 적층된 수지층과, 알루미늄층, 및 종이층이 순차 적층된 구조를 포함한다.
본 발명에 따른 다층 필름은 45일 동안 일반 셀룰로오스에 비하여 70 중량% 이상 분해되며, 6개월 동안 다층 필름의 90 중량% 이상이 생분해될 수 있다.
수지층
본 발명에 따른 다층 필름에서 수지층은 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 열가소성 전분(thermoplastic starch, TPS) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE) 중 1 종 이상을 포함하는 층이 여러 층으로 적층된 구조를 포함한다.
또한, 수지층은 중밀도 폴리에틸렌(medium density polyethylene, MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)를 포함할 수 있다.
저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE)은 밀도가 0.91 내지 0.925 
인 폴리에틸렌이고, 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE)은 밀도가 0.91 내지 0.94 g/cm3 인 폴리에틸렌이고, 중밀도 폴리에틸렌(medium density polyethylene, MDPE)은 밀도가 0.926 내지 0.94 g/cm3인 폴리에틸린이고, 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)은 밀도가 0.941 내지 0.965 g/cm3 인 폴리에틸렌이다.
저밀도 폴리에틸렌(LDPE)는 에틸렌을 중합하여 제조하는 합성수지로 상온에서 투명한 고체로 결정화가 낮아 가공성과 유연성 및 투명성이 우수해 투명필름, 전선피복, 각종 랩 등의 원료로 사용되는 물질이다.
선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)는 밀도는 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 처럼 저밀도이지만 분자구조는 선형 구조라는 차이가 있다. 강도, 가공성, 광학성 및 환경응력이 우수해 포장재, 코팅 등의 원료로 사용된다.
중밀도 폴리에틸렌(medium density polyethylene, MDPE)는 저밀도 폴리에틸렌에 비해 분자구조가 치밀하여 충격에 강하고, 불투명하다.
고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)는 강도가 강하고 가공성이 우수해서 가장 넓은 사용범위를 가진다.
수지층에는 전분이 포함될 수 있는데, 바람직하게는 열가소성 전분(thermoplastic starch, TPS)가 사용된다.
수지층은 바람직하게는 폴리에틸렌 및/또는 전분을 포함하는 층이 2 내지 3 층으로 적층될 수 있다.
구체적으로, ⅰ) 1 층은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 열가소성 전분(TPS)의 중량비가 6:4 또는 7:3이고, ⅱ) 2 층은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)와 열가소성 전분(TPS)의 중량비가 6:4, 7:3, 또는 8:2이고, ⅲ) 3 층은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 1 내지 3 층은 모두 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)와 열가소성 전분(TPS)가 혼합되어 구성될 수 있다.
구체적으로, ⅰ) 1 층은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)와 열가소성 전분(TPS)의 중량비가 6:4 7:3 또는 8:2이고 ⅱ) 2 및 3 층은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 열가소성 전분(TPS), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및/또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중에서 1종 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 다층 필름에서 수지층의 두께는 20 내지 100μm, 40 내지 100μm, 60 내지 100μm, 또는 70 내지 90μm가 될 수 있다.
알루미늄층
본 발명에 따른 다층 필름에서 알루미늄층은 습기 및 산소를 차단하는 차단층 기능을 한다.
본 발명에 따른 다층 필름에서 알루미늄층은, 알루미늄 파우더가 분산된 수지 및 알루미늄 증착 수지 중에서 1종 이상이 될 수 있다.
알루미늄층이 알루미늄 파우더가 분산된 수지 또는 알루미늄 증착 수지인 경우, 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 연신 폴리프로필렌(oriented polypropylene, OPP)가 될 수 있으나, 이 외에도 다양한 수지가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 다층 필름에서, 알루미늄층의 두께는 2 내지 20μm, 4 내지 20μm 또는 6 내지 14μm가 될 수 있다. 그리고 다층 필름 총 중량에 대해 1 내지 10 중량%, 3 내지 7 중량%, 1 내지 5 중량% 또는 5 내지 10 중량%가 될 수 있다.
알루미늄층이 차지하는 중량%가 지나치게 높은 경우 다층 필름의 생분해성이 떨어진다는 단점이 있으므로, 알루미늄층은 10 중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다층 필름은 알루미늄층이 10 중량% 이하로 생분해 비율이 높으면서도 우수한 습기 및 산소 차단효과를 나타낸다.
종이층
본 발명에 따른 다층 필름은 생분해성의 종이층을 포함한다. 종이층은, 글라신지, 박리지, 백상지, 황색지, 크라프트지 및 CP지 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이고, 이외에도 종이류 전체를 종이층에 포함시킬 수 있다.
본 발명에 따른 다층 필름에서 종이층의 두께는 40 내지 100μm, 50 내지 90μm, 50 내지 70μm 또는 55 내지 65μm가 될 수 있다.
본 발명에 따른 다층 필름에서 종이층의 중량은 40 내지 100gsm, 40 내지 80 gsm 또는 50 내지 70gsm이 될 수 있다.
접착층
본 발명에 따른 다층 필름에서, 수지층과 알루미늄층 사이의 계면 및 알루미늄층과 종이층 사이의 계면 중 어느 하나 이상의 계면에는 접착층이 위치할 수 있다.
접착층은 에폭시 접착제, 우레탄 접착제, 아세톤 접착제 또는 실리콘 접착제가 사용될 수 있다. 또한, 접착제는 무용제로 사용될 수도 있으며, 수용성 접착제가 사용될 수도 있다.
구체적으로, 접착층은 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 다이글리콜(diglycol), 캐스톨 오일castor oil), 디페닐 메탄 다이이소사이아네이트(diphenyl methane diisocyanate)을 포함하는 접착제가 사용될 수 있다. 또는 폴리 우레탄(poly urethane) 접착제가 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 폴리프로필렌 글리콜 30 내지 45 중량부, 다이글리콜 1 내지 5 중량부, 캐스톨 오일 25 내지 35 중량부 및 디페닐 메탄 다이이소사이아네이트 25 내지 35 중량부를 포함하는 접착제가 사용된다.
실시예
저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 열가소성 전분 (thermoplastic starch, TPS)이 7:3 중량비로 구성된 제1 수지층(25)의 두께를 30μm로 하고, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 열가소성 전분 (thermoplastic starch, TPS)이 7:3 중량비로 구성된 제2 수지층(26)의 두께를 30μm로 하고, 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)와 전분의 중량비가 9:1인 제3 수지층(27)의 두께를 18μm로 하여 수지층(21)을 제조했다.
알루미늄 필름을 이용하여 두께 5μm인 알루미늄층(22)을 제조하였다.
그라신지를 이용하여 두께 60μm인 종이층(23)을 제조하였다.
수지층(21), 알루미늄층(22) 및 종이층(23)을 순서대로 적층하고 접착제로 접착하여 다층필름(20)을 제조하였다. 접착제는 폴리프로필렌 글리콜 30 내지 45 중량부, 다이글리콜 1 내지 5 중량부, 캐스톨 오일 25 내지 35 중량부 및 디페닐 메탄 다이이소사이아네이트 25 내지 35 중량부인 것을 사용하였다.
도 1은 본 발명에 따른 다층 필름(1)의 일 실시예에 대한 단면도이다.
수지층(11)과 알루미늄층(12)는 접착층(14a)에 의해 접착되어 있고, 알루미늄층(12)는 종이층(13)과 접착층(14b)에 의해 접착되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 필름(1)의 다른 실시예에 대한 단면도이다.
제1 수지층(25), 제2 수지층(26) 및 제3 수지층(27)으로 수지층(21)이 구성되고, 수지층(21), 알루미늄층(22)는 접착층(24a)에 의해 접착되어 있고, 알루미늄층(22)는 종이층(23)과 접착층(24b)에 의해 접착되어 있다.
실험예
상기 제조된 다층필름(20)으로 생분해도 측정을 하였고, 산소투과도 및 수분투과도에 대한 실험을 했다. 실험 데이터 및 그래프를 도 3 내지 도 5에 나타냈다.
도 3은 본 발명에 따른 다층필름(20)의 일 실시예에 대한 생분해도를 나타내는 그래프이다. ISO14855-1 퇴비화 조건에서 플라스틱 재료의 효기성 생분해도를 측정한 것이다.
표준 물질(reference material)로 셀룰로오스-미정질을 사용했고, 표준 물질과 본 발명의 일 실시예에 다층필름(20)의 45일동안의 생분해도를 측정하였다. 45일 후 표준물질은 초기 표준물질 대비 80.7 중량% 생분해되었고, 다층필름은 초기 다층필름 대비 61 중량% 생분해되었다. 다층필름이 표준물질의 75.5 중량%만큼 생분해되어, 본 발명에 따른 다층필름의 생분해 효과가 뛰어난 것을 알 수 있었다.
도 4는 본 발명에 따른 다층필름의 일 실시예에 대한 산소투과도를 측정한 실험 데이터에 대한 그래프이고, 시험방법은 ASTM D3985에 의했다. 실험결과, 다층필름의 산소투과도는 5.51 cm3/m2·24hr·atm 로 측정되었다.
도 5는 본 발명에 따른 다층필름의 일 실시예에 대한 수분투과도을 측정한 실험 데이터에 대한 그래프이고, 시험방법은 ASTM F1249에 의했다. 실험결과, 수분투과도는 3.19 g/m2·day로 측정되었다.
10, 20: 다층 필름
11, 21: 수지층
12, 22: 알루미늄층
13, 23: 종이층
14a, 14b, 24a, 24b: 접착층
25: 제1 수지층
26: 제2 수지층
27: 제3 수지층
11, 21: 수지층
12, 22: 알루미늄층
13, 23: 종이층
14a, 14b, 24a, 24b: 접착층
25: 제1 수지층
26: 제2 수지층
27: 제3 수지층
Claims (8)
- 폴리에틸렌 및 전분 중 1 종 이상을 포함하는 수지층;
알루미늄층; 및
종이층을 포함하고
상기 폴리에틸렌의 밀도는 0.94 g/cm3이하이고;
상기 수지층은 단층구조 또는 각 층이 상이한 다층구조인 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,
수지층과 알루미늄층 사이의 계면; 및
알루미늄층과 종이층 사이의 계면 중 어느 하나 이상의 계면에 위치하는 접착층을 더 포함하는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,
수지층의 두께는 20 내지 100μm인 것을 특징으로 하는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,
알루미늄층의 두께는 4 내지 20μm 인 것을 특징으로 하는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,
알루미늄층은 알루미늄 플레이트, 알루미늄 포일, 알루미늄 파우더가 분산된 수지, 및 알루미늄 증착 수지 중 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,
종이층의 두께는 40 내지 100μm이고, 중량은 40 내지 100gsm인 것을 특징으로 하는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,
접착층은 에폭시 접착제, 우레탄 접착제, 아세톤 접착제 또는 실리콘 접착제인 것을 특징으로 하는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,
총 중량에 대해 알루미늄층의 중량이 1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 다층 필름.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20210611 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20220830 Patent event code: PE09021S01D |
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20221108 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20220830 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |
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| PG1501 | Laying open of application |