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KR101316941B1 - 핫팩에 적용되는 통기성 필름 조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법 - Google Patents

핫팩에 적용되는 통기성 필름 조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법 Download PDF

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KR101316941B1
KR101316941B1 KR1020130049710A KR20130049710A KR101316941B1 KR 101316941 B1 KR101316941 B1 KR 101316941B1 KR 1020130049710 A KR1020130049710 A KR 1020130049710A KR 20130049710 A KR20130049710 A KR 20130049710A KR 101316941 B1 KR101316941 B1 KR 101316941B1
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KR
South Korea
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breathable film
weight
density polyethylene
low density
equation
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KR1020130049710A
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English (en)
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김선겸
김태준
Original Assignee
주식회사 애트
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Publication date
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Abstract

본 발명은 핫팩에 적용되는 통기성 필름조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 수준의 통기도를 가지며, 필름의 통기도 편차가 적어 발열체의 온도 및 발열 지속시간을 미세하게 조절할 수 있는 핫팩에 적용되는 통기성 필름조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 관한 것이다.

Description

핫팩에 적용되는 통기성 필름 조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법 {BREATHABLE FILM COMPOSITION APPLIED HOT PACK AND MANUFACTURING METHOD OF BREATHABLE FILM INCLUDING THEREOF}
본 발명은 핫팩에 적용되는 통기성 필름조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 수준의 통기도를 가지며, 필름의 통기도 편차가 적어 발열체의 온도 및 발열 지속시간을 미세하게 조절할 수 있는 핫팩에 적용되는 통기성 필름조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 관한 것이다.
통기성 필름은 공기 및 수증기 등의 기체는 통과시키나 물과 같은 액체는 통과시키지 않는 필름으로써 일회용 기저귀 및 일회용 여성용품의 커버, 스포츠웨어, 방역복과 같은 일회용 의류나 방수의류, 건축용 하우스랩, 포장재료 및 위생재료 등 여러 가지 용도로 사용되고 있다. 통기성 필름을 적용하는 제품마다 요구되는 물성이 상이하여 용도별로 적합한 물성을 유지하기 위해서는 통기성 필름 컴파운드 조성물의 종류와 함량을 적절히 설계하고, 필름의 제조방식도 개발되어야 한다.
오래 전부터 추위를 해소하기 위하여 화로 등에 가열된 온석을 사용해 왔으며, 오늘날에는 핫팩의 발열기능을 이용하여 추운 날 야외활동시 방한용으로 사용하는 단순한 신체 보온 기능을 넘어서 통증을 완화시키도록 찜질하기 위한 의료용까지 다양하고 급속하게 확대되고 있다. 이에 핫팩의 발열체를 포장하고 있는 통기성 필름의 수요가 증가하고 있는 상황이다.
핫팩에 적용되는 통기성 필름은 통기도에 따라서 발열체의 발열 온도 및 발열 지속시간을 미세하게 조절할 수 있도록 함으로써 부착된 신체 부위의 온도를 일정하고 지속적으로 유지시킬 수 있도록 하는 것이다.
핫팩에 적용되는 발열체의 산화반응 원리는 다음과 같다.
Fe + 3/4 O2+ 3/2 H2O → Fe(OH)3 + 96 kcal/mol
발열체는 순수한 철분과 산화를 촉진하기 위한 수분 및 공기를 일부 함유하고 있는 활성탄, 염류, 다공성 무기물 등으로 구성되어 있다. 상기 산화반응의 원리로 발열되는 온도를 조절하기 위해서 발열체에 포함되는 철분의 함량 및 기타 첨가제의 함량을 조절하고 있으나, 발열온도 및 발열 지속시간을 조절하는데 한계가 있다.
핫팩의 경우, 인체에 직접 또는 간접으로 닿게 되는 것으로 철분과 접촉하는 산소의 양이 많아지면 발열온도가 급격히 증가하여 자기화상의 위험성이 있고, 적용되는 신체부위마다 발열온도가 차이날 경우, 국부적으로 동일한 문제가 발생할 수 있으므로, 발열정도를 제어할 수 있으며, 통기도 편차가 적은 통기성 필름의 중요성이 대두되고 있다.
이러한, 통기성 필름은 여러 가지의 방법으로 제조할 수 있으나, 그 중에서도 폴리올레핀 수지에 무기 충진제를 혼합하여 컴파운드를 만든 후 이를 필름으로 성형하고, 필름을 이축 또는 일축 연신하여, 수지와 충전제와의 계면을 물리적으로 분리시켜, 미세 기공을 형성함으로써 통기성을 확보하는 방법이 가장 널리 사용되는 방법이다.
대한민국 등록번호 제10-0358711호(특허문헌 1)에서는 에틸렌계 저결정성 고분자를 이용하여 필름 성형시 우수한 가공성을 갖도록 하여 고속 생산이 가능하도록 하고 있으나, 저결정성 고분자로 인하여 필름의 물성이 떨어지고, 고속 생산으로 미세 기공의 조절이 용이하지 않아 기계적인 물성 저하 및 통기도 편차가 큰 문제가 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0987398호(특허문헌 2)에서는 통기도의 편차를 줄이기 위하여 필름성형시 통기도가 높은 필름 중앙부와 통기도가 취약한 필름의 양 끝단의 통기도 편차를 최소화 하기 위하여 두 장의 필름에 도포하는 점착제의 양으로 통기도를 조절하여 편차를 줄이고자 하였으나 제조비용의 과도한 증가 및 점착제 함량의 변화에 따른 기계적 물성의 편차가 증가하는 문제가 발생하였다.
이에, 핫팩에 적합한 낮은 수준의 통기도를 꾸준히 유지할 수 있으며, 통기도의 편차를 현저히 감소시킨 통기성 필름용 조성물 및 필름의 제조공정의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록번호 제10-0358711호 대한민국 등록특허 제10-0987398호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함하는 핫팩용 통기성 필름 조성물을 하여 일축 또는 이축 연신하여 단층 또는 다층 필름을 제조함으로써, 핫팩에 적합한 낮은 통기도를 장시간 유지할 수 있음에 따라, 발열체의 발열 온도 및 발열지속시간을 조절할 수 있는 핫팩용 통기성 필름 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 핫팩용 통기성 필름 조성물을 포함하는 핫팩용 통기성 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 열접착강도 및 기계적 강도가 높아 낮은 온도에서도 가공이 용이하며, 내구성이 우수한 핫팩용 통기성 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 핫팩용 통기성 필름을 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함하며, 상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 핫팩용 통기성 필름 조성물에 관한 것이다.
0.915 ≤ D ≤ 0.940 [식 1]
2.0 ≤ MI ≤ 5.0 [식 2]
(상기 식 1에서, D는 밀도(g/㎤, 25℃)이고, 식 2에서 MI는 용융흐름지수(g/10min, 190℃, 2.16kg)이다.)
상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 동시에 하기 식 3 및 식 4를 만족할 수 있다.
85℃ ≤ Tv ≤ 120℃ [식 3]
100℃ ≤ Tm ≤ 130℃ [식 4]
(상기 식 3에서, Tv은 Vicat 연화점(℃)이고, 식 4에서 Tm은 용융온도(℃)이다.)
상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 30 ~ 50 중량%, 선형저밀도 폴리에틸렌수지 5 ~ 60 중량%, 저밀도 폴리에틸렌수지 3 ~ 8중량%, 무기충전제 5 ~ 50 중량% 및 첨가제 0.5 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 메탈로센 촉매를 사용하여 중합된 선형저밀도 폴리에틸렌 또는 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐 및 1-데센을 포함하는 에틸렌 올레핀 블록공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 핫팩용 통기성 필름조성물은 열접착 향상제를 1 내지 20 중량% 추가로 더 포함할 수 있으며, 상기 열접착 향상제는 용융흐름지수가 0.5 내지 50 g/10min이며, 밀도가 0.925 ~ 0.950 g/㎤인 에틸렌비닐아세테이트 또는 밀도가 0.850 ~ 0.900 g/㎤인 메탈로센 폴리에틸렌일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상술한 핫팩용 통기성 필름 조성물을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성되는 핫팩용 통기성필름에 관한 것이다.
상기 다층으로 형성되는 핫팩용 통기성 필름은 외층/중층/외층으로 형성되며, 상기 외층:중층:외층의 압출량 비율은 1 : 4 ~ 8 : 1 ~ 3으로 형성될 수 있다.
상기 핫팩용 통기성필름은 하기 식 5 및 식 6를 만족할수 있다.
4,000 ≤ Pair ≤ 20,000 [식 5]
10 ≤｜Pair｜≤ 20 [식 6]
(상기 식 3에서 Pair는 핫팩용 통기성 필름의 통기도(초/100cc)이고, 상기 식 4에서 ｜Pair｜는 핫팩용 통기성 필름의 통기도 편차(%)이다.)
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 a) 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함하는 통기성 필름조성물을 혼합하여 통기성 컴파운드를 제조하는 단계; b) 상기 통기성 컴파운드를 압출 또는 공압출하여 단층 또는 다층의 미연신필름을 제조하는 단계; 및 c) 상기 미연신필름을 일축 또는 이축 연신하여 통기성 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 관한 것이다.
상기 통기성 필름조성물은 상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 30 ~ 50 중량%, 선형저밀도 폴리에틸렌수지 5 ~ 60 중량%, 저밀도 폴리에틸렌수지 3 ~ 8중량%, 무기충전제 5 ~ 50 중량% 및 첨가제 0.5 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 b)단계에서 상기 통기성 컴파운드를 공압출하여 다층 미연신 필름을 제조할 때, 상기 다층 미연신 필름은 외층/중층/외층으로 형성되며, 상기 외층:중층:외층의 압출량 비율은 1 : 4 ~ 8 : 1 ~ 3으로 형성될 수 있으며, 상기 일축 또는 이축연신시 연신비는 3.0 내지 6.0 배일 수 있다.
본 발명의 핫팩에 적용되는 통기성 필름조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 따르면, 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함하여 단층 또는 다층으로 형성하여 통기성 필름을 제조함에 따라 제조되는 위치에 상관없이 단위면적당 통기도가 균일하게 나타나며, 기계적 물성이 우수하고, 열접착 온도를 낮게 형성함으로써 가공이 용이한 장점이 있다.
이하, 본 발명의 핫팩에 적용되는 통기성 필름조성물 및 이를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 대하여 바람직한 실시형태 및 물성측정 방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명은 핫팩에 적용하기 위한 통기성 필름조성물에 관한 것으로, 소정의 밀도 및 용융흐름지수를 가지는 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함하여 압출 또는 공압출하고 일축/이축연신하여 단층/다층으로 형성함으로써, 제조되는 필름의 위치에 상관없이 통기도를 일정하게 유지하여 통기도 편차를 최소화함으로써 발열체의 발열온도 및 발열지속시간을 좀 더 자유롭게 조절할 수 있음을 발견하여 완성하게 되었다.
이하, 본 발명의 핫팩용 통기성 필름조성물에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 핫팩용 통기성 필름 조성물은 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 당해 기술분야에서 자명하게 공지된 메탈로센 촉매를 사용하여 중합된 폴리올레핀 수지면 제한되지 않으며, 예를 들면, 메탈로센 촉매를 사용하여 중합된 선형저밀도 폴리에틸렌 또는 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐 및 1-데센을 포함하는 에틸렌 올레핀 블록공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
선형저밀도 폴리에틸렌 수지 역시 당해 기술분야에서 자명하게 공지된 선형저밀도 폴리에틸렌 수지이면 제한되지 않으며, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐 및 1-데센을 포함하는 에틸렌 공중합체 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 에틸렌 공중합체가 1-헥센 또는 1-옥텐으로 이루진 폴리에틸렌으로 구성되면, 1-헥센 폴리에틸렌이 1-옥텐 폴리에틸렌에 대하여 0.5 내지 2배의 함량으로 사용하는 것이 좋다.
또한, 공중합 단량체가 서로 다른 선형저밀도 폴리에틸렌은 용융흐름지수 및 밀도가 유사한 것을 사용하여 유변학적인 차이가 크지 않도록 유도하여 통기도를 낮추고, 통기도의 편차를 감소시킬 수 있으므로 효과적이다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
0.915 ≤ D ≤ 0.940 [식 1]
2.0 ≤ MI ≤ 5.0 [식 2]
(상기 식 1에서, D는 밀도(g/㎤, 25℃)이고, 식 2에서 MI는 용융흐름지수(g/10min, 190℃, 2.16kg)이다.)
상기 밀도(D)가 0.915 g/㎤ 미만일 경우에는 통기성 필름의 인장강도가 현저히 저하되고 신율이 필요 이상으로 유지되는 문제가 발생할 수 있으며, 밀도(D)가 0.940 g/㎤ 초과일 경우에는 연신이 불균일하게 되어 통기성 필름의 물성이 균일하게 나타나지 않으며, 제조되는 위치에 따라 통기도의 편차가 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 용융흐름지수(MI)가 2 g/10min 미만일 경우에는 통기성 필름의 성형시 가공 부하가 증가하여 생산성이 저하되고, 용융물의 흐름성이 일정치 않아 통기성 필름의 성형성이 불안정하며, 5 g/10min 초과일 경우에는 필름의 기계적 물성이 급격히 감소되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 동시에 하기 식 3 및 식 4를 만족하는 것이 바람직하다.
85℃ ≤ Tv ≤ 120℃ [식 3]
100℃ ≤ Tm ≤ 130℃ [식 4]
(상기 식 3에서, Tv은 Vicat 연화점(℃)이고, 식 4에서 Tm은 용융온도(℃)이다.)
따라서, 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지가 상술한 범위의 밀도, 용융흐름지수, Vicat 연화점 및 용융온도를 가짐으로써, 핫팩에 적합한 통기도를 균일하게 유지할 수 있으며, 구간별 통기도의 편차를 감소시킬 수 있으므로 효과적이다.
전체 통기성 필름조성물 100중량%에 대하여 상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 30 내지 50중량%, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 5 내지 60중량% 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 33 내지 41중량%, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 9 내지 56중량% 포함하는 가공성이 우수하며, 통기도 편차를 감소시킬 수 있는 통기성 필름의 제조에 적합하므로 효과적이다.
메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지가 30 중량% 미만이고, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지가 5중량% 미만일 경우에는 통기성 필름의 가공성이 저하되거나 핀홀이 발생할 우려가 있고, 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지가 50 중량% 초과이고, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지가 60중량% 초과일 경우에는 통기도가 현저히 감소하는 문제가 발생할 우려가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 저밀도 폴리에틸렌 수지는 작업의 안정성을 향상시키기 위하여 첨가하는 것으로 밀도는 0.915 내지 0.925g/㎤(25℃)인 것이 바람직하고, 용융흐름지수(MI)는 3 내지 20g/10min(190℃, 2.16kg)인 것이 바람직하다.
저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량은 본 발명의 통기성 필름 조성물 전체 100중량%에 대하여 3 내지 8 중량% 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 4 내지 7 중량% 포함하는 것이 효과적이다. 저밀도 폴리에틸렌 수지가 3중량% 미만일 경우에는 작업의 안정성 향상 효과가 미미하며, 가공성이 감소하고, 8중량% 초과일 경우에는 기계적 물성이 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상술한 범위로 포함되는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무기 충전제는 당해 기술분야에 자명하게 공지된 무기 충전제이면 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 탄산칼슘, 실리카, 황산바륨, 황산칼슘, 탈크, 카올린, 산화알루미늄, 마이카, 제올라이트, 규조토, 탄산마그네슘, 클레이, 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘 중에서 1종 또는 2종 이상이 선택될 수 있다. 통기성 필름조성물에서 무기 충전제의 균일한 분산을 위하여 상기 무기 충전제의 표면에 스테아린산과 같은 유기산이 코팅된 것이 더욱 바람직하다.
무기 충전제는 판상 또는 입상 등 형태에 한정되지 않으며, 연신에 의한 기공 형성과정에서 균일한 기공을 형성하고 기계적 물성을 유지하기 위하여 평균입경이 1.0 내지 3.0㎛인 미립자이며, 비표면적이 큰 것이 바람직하고, 특히 탄산칼슘으로 형성된 미립자가 바람직하다.
상기 무기 충전제의 평균입경이 1.0㎛ 미만일 경우에는 통기성 필름조성물 제조시 무기 충전제의 분산성이 감소하고, 가공 부하의 증가에 의한 가공성이 감소되는 문제가 발생할 수 있으며, 평균입경이 3.0㎛ 초과일 경우에는 필름의 통기도 및 통기도 편차를 조절하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
무기 충전제의 함량은 본 발명의 통기성 필름조성물 전체 100중량%에 대하여, 5 내지 50 중량% 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 30 내지 50 중량% 포함하는 것이 효과적이다.
무기 충전제의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 필름의 미세한 기공의 생성이 어려워서 통기도가 지나치게 저하되고, 50중량% 초과일 경우에는 통기성 필름의 물성 및 균일한 통기성 편차를 구현하기 어렵고, 필름의 외관이 불량한 문제가 발생할 수 있으므로 상술한 범위로 포함되는 것이 가장 효과적이다.
또한, 본 발명의 핫팩용 통기성 필름조성물은 통기성 필름의 물성과 가공성을 향상시키기 위하여 산화방지제, 활제 및 백색도와 은폐력을 향상시키기 위한 이산화티타늄 등의 첨가제를 추가로 더 포함할 수 있으며, 상기와 같은 첨가제는 당해 기술분야에서 자명한 첨가제면 제한없이 사용할 수 있다.
첨가제의 함량은 본 발명의 통기성 필름조성물 전체 100 중량%에 대하여, 0.1 내지 10 중량% 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1 내지 3 중량% 포함하는 것이 효과적이다.
첨가제의 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 통기성 필름의 가공성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 10 중량% 초과일 경우에는 통기성 필름의 물성이 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상술한 범위로 포함되는 것이 가장 효과적이다.
본 발명의 일실시예에 따른 통기성 필름조성물은 열접착 향상제를 추가로 더 포함할 수 있으며, 상기 열접착 향상제는 용융흐름지수가 0.5 내지 50 g/10min이며, 밀도가 0.925 ~ 0.950 g/㎤인 에틸렌비닐아세테이트 또는 밀도가 0.850 ~ 0.900 g/㎤인 메탈로센 폴리에틸렌인 것이 효과적이다.
열접착 향상제를 포함함으로써, 낮은 온도에서도 통기성 필름 간의 열접착을 용이하게 하고, 열접착 강도를 향상시켜 핫팩 제조공정의 생산속도를 증가시키고, 열접착이 되어있는 필름과의 박리강도를 향상시켜 제품의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 열접착 향상제 중에서 메탈로센 폴리에틸렌은 35 내지 90℃의 낮은 연화점을 가짐으로써 열접착 온도 범위를 넓게 할 수 있으며, 에틸렌비닐아세테이트는 연화점이 낮아 저온에서도 열접착이 용이하여, 핫팩의 생산속도를 향상시킬 수 있으며, 다른 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 보다 가격이 저렴하여 기계적 물성이 유효한 범위 내에서는 우선적으로 적용할 수 있어 공정비용 절감에 효과적이다.
열접착 향상제의 함량은 본 발명의 통기성 필름조성물 전체 100중량%에 대하여, 1 내지 20 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10 내지 15중량% 포함되는 것이 효과적이다.
열접착 향상제가 1 중량% 미만일 경우에는 저온에서 열접착이 용이하지 않으며, 열접착강도의 향상이 미미해지는 문제가 발생할 수 있으며, 20중량% 초과일 경우에는 기계적 물성을 감소시키고, 통기도를 낮게 유지하기 어려운 문제가 발생할 수 있으므로, 보다 효과적인 열접착 강도를 구현하기 위해서는 상술한 범위로 첨가하는 것이 효과적이다.
본 발명의 일실시예에 따른 핫팩용 통기성 필름은 상술한 통기성 필름조성물을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 다층으로 형성되는 핫팩용 통기성 필름은 외층/중층/외층으로 형성될 수 있으며, 상기 외층:중층:외층의 압출량 비율은 1 : 4 ~ 8 : 1 ~ 3으로 형성되는 것이 균일한 통기도를 나타내며, 필름이 제조되는 위치에 상관없이 구간별 통기도 편차를 감소시킬 수 있다.
이러한, 본 발명의 일실시예에 따른 핫팩용 통기성필름은 하기 식 5 및 식 6를 만족할 수 있다.
4,000 ≤ Pair ≤ 20,000 [식 5]
10 ≤｜Pair｜≤ 20 [식 6]
(상기 식 3에서 Pair는 핫팩용 통기성 필름의 통기도(초/100cc)이고, 상기 식 4에서 ｜Pair｜는 핫팩용 통기성 필름의 통기도 편차(%)이다.)
본 발명의 핫팩용 통기성 필름은 상술한 범위의 통기도 및 통기도 편차를 가짐으로써, 핫팩에 적합한 낮은 통기도를 오랜 시간동안 균일하게 유지할 수 있으며, 필름이 제조되는 위치에 상관없이 구간별, 위치별로 통기도의 편차가 적어 발열체의 발열온도 및 발열 지속시간을 자유롭게 조절할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명은 a) 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함하는 통기성 필름조성물을 혼합하여 통기성 컴파운드를 제조하는 단계;
b) 상기 통기성 컴파운드를 압출 또는 공압출하여 단층 또는 다층의 미연신필름을 제조하는 단계; 및
c) 상기 미연신필름을 일축 또는 이축 연신하여 통기성 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법에 관한 것이다.
상기 통기성 필름 조성물은 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 30 ~ 50 중량%, 선형저밀도 폴리에틸렌수지 5 ~ 60 중량%, 저밀도 폴리에틸렌수지 3 ~ 8중량%, 무기충전제 5 ~ 50 중량% 및 첨가제 0.5 ~ 10 중량% 포함하는 것이 바람직하며, 각각의 구성에 대한 구체적 설명은 상술한 바와 동일하다.
상기 b)단계에서 상기 통기성 컴파운드를 공압출하여 다층 미연신 필름을 제조할 때, 상기 다층 미연신 필름은 외층/중층/외층으로 형성되며, 상기 외층:중층:외층의 압출량 비율은 1 : 4 ~ 8 : 1 ~ 3으로 형성되는 것이 바람직하며, 외층:중층:외층의 무기 충전제의 함량비도 1 : 1 ~ 2 : 1인 것이 바람직하다.
상기 범위로 다층 통기성 필름이 제조될 경우, 더욱 통기도 편차를 감소시킬 수 있으며, 기계적 물성을 향상시킬 수 있으므로 효과적이다.
또한, 상기 c)단계에서 상기 일축 또는 이축연신시 연신비는 3.0 내지 6.0 배인것이 바람직하다.
연신비가 3.0배 미만일 경우에는 연신율 감소에 따라 인장강도가 감소하여 핫팩에 적용하기 어려운 기계적 물성을 가지게 되며, 6배 초과일 경우에는 낮은 통기도의 구현이 어려우며 통기도 편차의 감소가 미미해지는 문제가 발생할 수 있으므로, 상술한 범위로 연신하여 핫팩용 통기성 필름을 제조하는 것이 효과적이다.
이하, 본 발명의 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
물성측정
1. 기계적 물성
본 발명의 핫팩용 통기성 필름의 기계적 물성(인장강도 및 신율)을 만능재료시험기를 사용하여 KS M3016규격으로 측정하였다.
2. 투습도
본 발명의 핫팩용 통기성 필름의 투습도를 항온항습 조건하에서 ASTM E96-92규격으로 일정시간 보관 후 무게의 증가에 따른 투습도를 측정하였다.
3. 통기도
본 발명의 핫팩용 통기성 필름의 통기도를 JIS P8117규격으로 측정하였다.
4. 통기도 편차
본 발명의 핫팩용 통기성 필름의 1개의 샘플에서 3)통기도 측정시 측정된 값을 기준으로 서로 다른 스팟 10개의 지점에서 10회 측정한 평균값의 차이를 %로 나타내었다.
5. 열접착강도
본 발명의 핫팩용 통기성 필름의 열접착강도를 ASTM F88 규격으로 만능재료시험기를 사용하여 측정하였다.
6. 성형성
본 발명의 제조방법으로 제조된 핫팩용 통기성 필름을 취하여 육안으로 확인하여 표면이 균일할 경우 “양호”로 기재하였으며, 표면이 불량하고 핀홀 등이 발생하였을 경우 “핀홀발생”으로 기재하였다.
[실시예 1]
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 메탈로센 촉매를 사용한 선형 저밀도폴리에틸렌(메탈로센 LLDPE(a),밀도: 0.918 g/cm3,용융흐름지수(190℃, 2.16kg):3.7 g/10 분, 연화점:107℃) 70중량부, 지글라나타 촉매를 사용한 선형 저밀도폴리에틸렌(선형LLDPE(c), 밀도: 0.923 g/cm3, 용융흐름지수(190℃, 2.16kg): 3.2 g/10 분, 연화점:105℃) 20중량부, 저밀도폴리에틸렌(LDPE(d), 밀도: 0.919 g/cm3,용융흐름지수(190℃, 2.16kg): 7.5 g/10 분, 연화점: 85℃) 10중량부, 스테아린산 칼슘(송원산업) 1중량부, 산화방지제(한농아데카 ADK2112) 0.6중량부, 이산화티타늄(HUNTSMAN,TRONOX TR28) 1.5중량부를 배합기에 투입하여 10분간 혼합한 다음, 압출온도가 200℃로 유지되는 이축 압출기의 주 투입구로 투입하고, 평균 입경이 1.2㎛이고, 스테아린산으로 코팅된 무기물(탄산칼슘(a)) 70중량부를 이축 압출기의 측면 투입구로 투입하면서 용융 압출하여 균일하게 혼합된 통기성 필름조성물을 제조하였다. 제조된 통기성 필름조성물을 T-다이 필름 성형기로 210~230도의 온도로 일축 압출하고 4배 연신으로 평량이 50 g/m2인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.
[실시예 2]
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 선형 저밀도폴리에틸렌(선형LLDPE(c), 밀도: 0.923 g/cm3,용융흐름지수(190℃, 2.16kg): 3.2 g/10 분, 연화점: 105℃) 90중량부, 저밀도폴리에틸렌(LDPE(d) ,밀도: 0.919 g/cm3,용융흐름지수(190℃, 2.16kg): 7.5 g/10 분, 연화점: 85℃) 10중량부, 스테아린산 칼슘(송원산업) 1중량부, 산화방지제(한농아데카, ADK2112) 0.6중량부, 이산화티타늄(HUNTSMAN,TRONOX TR28) 1.5중량부를 배합기에 투입하여 10분간 혼합한 다음, 압출온도가 200℃로 유지되는 이축 압출기의 주 투입구로 투입하고, 평균 입경이 1.2㎛이고, 스테아린산으로 코팅된 무기물(탄산칼슘(a)) 60중량부를 이축 압출기의 측면 투입구로 투입하면서 용융 압출하여 균일하게 혼합된 통기성 필름조성물을 제조하였다.
상기 제조된 통기성 필름조성물을 외층 압출기로 투입하고 실시예 1에서 제조된 통기성 필름조성물 중 무기 충전제(탄산칼슘(a))만 100중량부로 변경하고 중층 압출기로 투입하여 T-다이 필름 성형기에서 필름의 외층/중층/외층의 3층 압출량 비율을 1:8:1로 구성하여 실시예 1과 같은 조건으로 필름을 제조하고 그 물성을 표 2에 나타내었다.
[실시예 3]
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 선형 저밀도폴리에틸렌(선형LLDPE(c), 밀도: 0.923 g/cm3,용융흐름지수(190℃, 2.16kg): 3.2 g/10 분, 연화점: 105℃) 70중량부, 메탈로센 촉매를 사용한 선형 저밀도폴리에틸렌(메탈로센 LLDPE(b), 밀도:0.870 g/cm3, 용융흐름지수(190℃,2.16kg): 5.0 g/10분, 연화점:37℃) 20중량부이며 나머지 조건은 실시예 2와 동일한 조건으로 통기성 필름조성물을 제조하였다.
상기 제조된 통기성 필름조성물을 외층 압출기로 투입하고 실시예 2의 중층 통기성 필름 조성물을 중층 압출기로 투입하여 T-다이 필름 성형기에서 필름의 외층/중층/외층의 3층 압출량 비율을 1:8:1로 구성하고 실시예 2와 같은 조건으로 필름을 제조하고 그 물성을 표 2에 나타내었다.
[비교예 1]
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 메탈로센 LLDPE 를 사용하지 않고 선형 저밀도폴리에틸렌(선형LLDPE(c), 밀도:0.923 g/cm3, 용융흐름지수(190℃,2.16kg):3.2 g/10분, 연화점:105℃) 90중량부, 저밀도폴리에틸렌(LDPE(d), 밀도:0.919 g/cm3, 용융흐름지수(190℃,2.16kg): 7.5 g/10 분, 연화점: 85℃) 10중량부, 무기 충진제(탄산칼슘(a)) 90중량부로 변경되고 나머지 조건은 실시예 1과 동일한 조건으로 통기성 필름조성물을 제조하였다.
제조된 컴파운드를 T-다이 필름 성형기로 210~230℃의 온도로 일축 압출하고 4배 연신으로 평량이 50 g/m2인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.
[비교예 2]
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예1에서 적용한 컴파운드 조성물 중 평균 입경이 3.2㎛이고, 스테아린산으로 코팅된 무기 충전제(탄산칼슘(b)) 70중량부만 변경되고 나머지 조건은 실시예 1과 동일한 조건으로 통기성 필름조성물을 제조하였다.
제조된 통기성 필름조성물을 T-다이 필름 성형기로 210~230℃의 온도로 일축 압출하고 4배 연신으로 평량이 50 g/m2인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.
[비교예 3]
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 통기성 필름조성물을 T-다이 필름 성형기로 2배 연신한 것을 제외하고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하게 수행하여 평량이 50 g/m2인 통기성 필름을 제조하여 그 물성을 표 2에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112013039089568-pat00001

[표 2]
Figure 112013039089568-pat00002
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 경우, 단층으로 형성되었으나, 비교예 1 내지 3에 비하여 낮은 통기도를 구현하며, 통기도 편차도 낮은 것을 알 수 있으며, 열접착강도도 우수하게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한 실시예 2 및 3은 통기성 필름이 다층으로 형성됨으로써 단층보다 향상된 물성을 나타내는 것을 알 수 있으며, 실시예 3에 나타난 바와 같이, 열접착 강도 향상을 위하여 연화점이 낮은 메탈로센 폴리에틸렌을 사용함에 따라 열접착 강도가 가장 우수하고 나타남에 따라 핫팩의 생산성에 가장 적합한 물성을 가지는 것을 알 수 있었다.
이에 반해, 비교예 1의 경우, 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 및 열접착 향상제를 포함하지 않고 단층으로 형성됨에 따라 통기도가 너무 낮고, 투습도가 증가하였으며 핀홀 발생 등의 필름의 성형성도 좋지 않은 것으로 나타났다.
또한, 비교예 2의 경우, 무기 충전제의 평균입경이 3.0㎛를 초과할 경우 통기도 편차가 심해지고 필름의 성형성도 좋지 않은 것으로 나타났으며, 연신비를 낮춘 비교예 3의 경우 가공성 이외에 핫팩의 통기성 필름으로 적합하지 않은 물성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 핫팩용 통기성 필름조성물 및 필름의 제조공정을 조절함으로써 낮은 통기도 및 균일한 통기도 편차를 얻을 수 있었으며, 이는 핫팩용으로 적용하는데 최적의 조건임을 확인 할 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명은 위의 실시예들에 제한되지 않는다.

Claims (12)

  1. 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함하며,
    상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 동시에 하기 식 1 내지 식 4를 만족하는 핫팩용 통기성 필름 조성물.
    0.915 ≤ D ≤ 0.940 [식 1]
    2.0 ≤ MI ≤ 5.0 [식 2]
    (상기 식 1에서, D는 밀도(g/㎤, 25℃)이고, 식 2에서 MI는 용융흐름지수(g/10min, 190℃, 2.16kg)이다.)
    85℃ ≤ Tv ≤ 120℃ [식 3]
    100℃ ≤ Tm ≤ 130℃ [식 4]
    (상기 식 3에서, Tv은 Vicat 연화점(℃)이고, 식 4에서 Tm은 용융온도(℃)이다.)
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 30 ~ 50 중량%, 선형저밀도 폴리에틸렌수지 5 ~ 60 중량%, 저밀도 폴리에틸렌수지 3 ~ 8중량%, 무기충전제 5 ~ 50 중량% 및 첨가제 0.5 ~ 10 중량%를 포함하는 핫팩용 통기성 필름 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지는 메탈로센 촉매를 사용하여 중합된 선형저밀도 폴리에틸렌 또는 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐 및 1-데센을 포함하는 에틸렌 올레핀 블록공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물을 포함하는 핫팩용 통기성 필름 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 핫팩용 통기성 필름조성물은 열접착 향상제를 1 내지 20 중량% 추가로 더 포함할 수 있으며, 상기 열접착 향상제는 용융흐름지수가 0.5 내지 50 g/10min이며, 밀도가 0.925 ~ 0.950 g/㎤인 에틸렌비닐아세테이트 또는 밀도가 0.850 ~ 0.900 g/㎤인 메탈로센 폴리에틸렌인 핫팩용 통기성 필름 조성물.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중에서 선택되는 어느 한 항의 핫팩용 통기성 필름 조성물을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성되는 핫팩용 통기성필름.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다층으로 형성되는 핫팩용 통기성 필름은 외층/중층/외층으로 형성되며, 상기 외층:중층:외층의 압출량 비율은 1 : 4 ~ 8 : 1 ~ 3으로 형성되는 핫팩용 통기성필름.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 핫팩용 통기성필름은 하기 식 5 및 식 6를 만족하는 핫팩용 통기성 필름
    4,000 ≤ Pair ≤ 20,000 [식 5]
    10 ≤｜Pair｜≤ 20 [식 6]
    (상기 식 5에서 Pair는 핫팩용 통기성 필름의 통기도(초/100cc)이고, 상기 식 6에서 ｜Pair｜는 핫팩용 통기성 필름의 통기도 편차(%)이다.)
  9. a) 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지, 저밀도 폴리에틸렌 수지, 무기충전제 및 첨가제를 포함하는 통기성 필름조성물을 혼합하여 통기성 컴파운드를 제조하는 단계;
    b) 상기 통기성 컴파운드를 압출 또는 공압출하여 단층 또는 다층의 미연신필름을 제조하는 단계; 및
    c) 상기 미연신필름을 3.0 내지 6.0 배로 일축 또는 이축 연신하여 통기성 필름을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 동시에 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법.
    0.915 ≤ D ≤ 0.940 [식 1]
    2.0 ≤ MI ≤ 5.0 [식 2]
    (상기 식 1에서, D는 밀도(g/㎤, 25℃)이고, 식 2에서 MI는 용융흐름지수(g/10min, 190℃, 2.16kg)이다.)
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 통기성 필름조성물은 상기 메탈로센 촉매계 폴리올레핀 수지 30 ~ 50 중량%, 선형저밀도 폴리에틸렌수지 5 ~ 60 중량%, 저밀도 폴리에틸렌수지 3 ~ 8중량%, 무기충전제 5 ~ 50 중량% 및 첨가제 0.5 ~ 10 중량%를 포함하는 핫팩용 통기성 필름의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 b)단계에서 상기 통기성 컴파운드를 공압출하여 다층 미연신 필름을 제조할 때, 상기 다층 미연신 필름은 외층/중층/외층으로 형성되며, 상기 외층:중층:외층의 압출량 비율은 1 : 4 ~ 8 : 1 ~ 3으로 형성되는 핫팩용 통기성필름의 제조방법.
  12. 삭제
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