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KR102516587B1 - Method for gas barrier membrane with reduced oxygen permeability comprising a step of biaxial stretching - Google Patents

Method for gas barrier membrane with reduced oxygen permeability comprising a step of biaxial stretching Download PDF

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Publication number
KR102516587B1
KR102516587B1 KR1020210149090A KR20210149090A KR102516587B1 KR 102516587 B1 KR102516587 B1 KR 102516587B1 KR 1020210149090 A KR1020210149090 A KR 1020210149090A KR 20210149090 A KR20210149090 A KR 20210149090A KR 102516587 B1 KR102516587 B1 KR 102516587B1
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KR
South Korea
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nanoclay
stretching
sheet
nanocomposite
thermoplastic resin
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Application number
KR1020210149090A
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Korean (ko)
Inventor
심진기
정빛남
강동호
김기홍
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a gas barrier membrane with reduced oxygen permeability, including a step of biaxially stretching a nanocomposite sheet including a thermoplastic resin and nanoclay. The present invention contains only inorganic materials, so that heat resistance can also be improved, thereby being widely used as an oxygen barrier membrane or a packaging material.

Description

이축연신하는 단계를 포함하는, 산소 투과성이 감소된 기체차단막의 제조방법{Method for gas barrier membrane with reduced oxygen permeability comprising a step of biaxial stretching}Method for manufacturing a gas barrier membrane with reduced oxygen permeability comprising a step of biaxial stretching

본 발명은 열가소성 수지 및 나노클레이를 포함하는 나노복합체 시트를 이축연신하는 단계를 포함하는, 산소 투과성이 감소된 기체차단막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a gas barrier film having reduced oxygen permeability, comprising biaxially stretching a nanocomposite sheet comprising a thermoplastic resin and nanoclay.

플라스틱은 낮은 단가, 우수한 기계적 강도, 및 용이한 가공성으로 인해 과거로부터 포장재로 널리 사용되고 있다. 그러나, 최근에는 플라스틱 폐기물 문제가 주목받고 있다. 우선, COVID-19 팬데믹으로 인한 제제 기간 동안 포장된 음식, 신선 식품, 및 배달 음식의 소비가 급증하면서 플라스틱 포장재 폐기량이 빠르게 증가하고 있다. 또한, 전자 상거래(e-commerce) 시장의 지속적인 성장 및 전자 상거래 서비스는 기존의 소매상에 비해 보다 많은 포장재를 소비하는 경향이 있다. 포장 산업에 사용되는 대부분의 플라스틱을 생산하는 데에는 1주일 미만의 기간이 소요되나, 플라스틱의 가장 큰 자산인 내구성은 폐기물의 축적을 초래한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 빠르게 분해되거나, 재활용 가능한, 2종 이상의 고분자가 공존하지 않는 단일 소재로서 포장재로서의 성능을 갖는 소재를 개발할 필요가 있다.Plastics have been widely used as packaging materials from the past due to their low unit cost, excellent mechanical strength, and easy processability. However, in recent years, the plastic waste problem has been attracting attention. First of all, plastic packaging waste is rapidly increasing as the consumption of packaged food, fresh food, and delivered food surges during the lockdown period caused by the COVID-19 pandemic. Additionally, the continued growth of the e-commerce market and e-commerce services tends to consume more packaging than traditional retailers. Although it takes less than a week to produce most of the plastics used in the packaging industry, plastics' greatest asset—durability—leads to the accumulation of waste. In order to solve this problem, it is necessary to develop a single material that is rapidly degradable or recyclable and has performance as a packaging material in which two or more types of polymers do not coexist.

열가소성 소재의 일종인 폴리프로필렌(polypropylene; PP)은 낮은 단가, 높은 기계적 강도, 우수한 수분차단성, 용이한 가공성, 및 높은 재활용 가능성으로 인해 포장재로서 우수한 후보일 수 있다. 그러나, PP는 열악한 산소 차단성으로 인해 산소 차단 성능을 요구하는 포장 분야에서 여전히 사용이 제한되고 있다. 이에 PP의 산소 차단성을 향상시키기 위한 다양한 시도가 있었다. 예컨대, 이들 방법 중, 첨가제(단백질, 고분자전해질(polyelectrolyte), 실리케이트, 및 산화그래핀)를 이용한 복합 소재의 제조, 및 코팅, 또는 연신 등의 공정을 추가로 수행하는 방법이 효과적일 수 있다.Polypropylene (PP), a type of thermoplastic material, may be an excellent candidate for a packaging material due to its low unit cost, high mechanical strength, excellent water barrier properties, easy processability, and high recyclability. However, PP is still limited in its use in packaging fields requiring oxygen barrier performance due to its poor oxygen barrier properties. Accordingly, various attempts have been made to improve the oxygen barrier properties of PP. For example, among these methods, a method of manufacturing a composite material using additives (protein, polyelectrolyte, silicate, and graphene oxide) and additionally performing processes such as coating or stretching may be effective.

본 발명자들은 열가소성 수지에 첨가제로서 나노클레이를 포함하여 산소 차단성이 향상된 소재를 제공하고자 예의 연구 노력한 결과, 열가소성 수지와 나노클레이를 포함하는 복합체 시트를 제조한 후, 종방향과 횡방향으로 순차적으로 이축연신 및/또는 종방향과 횡방향에서 상이한 비율로 연신함으로써 보다 향상된 산소 차단성을 갖는 소재를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.As a result of intensive research efforts to provide a material with improved oxygen barrier properties by including nanoclay as an additive to a thermoplastic resin, the present inventors have prepared a composite sheet containing a thermoplastic resin and nanoclay, and then sequentially in the longitudinal and transverse directions. It was confirmed that a material having more improved oxygen barrier properties could be provided by biaxial stretching and/or stretching at different ratios in the machine and transverse directions, and the present invention was completed.

본 발명에서 개시되는 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술되는 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 할 수 없다.Each description and embodiment disclosed in the present invention can also be applied to each other description and embodiment. That is, all combinations of the various elements disclosed herein fall within the scope of the present invention. In addition, it cannot be said that the scope of the present invention is limited by the specific description described below.

또한, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 통상의 실험만을 사용하여 본 발명에 기재된 본 발명의 특정 양태에 대한 다수의 등가물을 인지하거나 확인할 수 있다. 또한, 이러한 등가물은 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.In addition, those skilled in the art will recognize, or be able to ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention described herein. Also, such equivalents are intended to be included in this invention.

아울러, 본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in the entire specification of the present invention, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated. it means.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 제1양태는 열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체 시트를 준비하는 제1단계; 및 상기 나노복합체 시트를 이축연신하는 제2단계;를 포함하는, 비연신 시트에 비해 산소 투과성이 감소된 기체차단막의 제조방법을 제공한다.A first aspect of the present invention is a first step of preparing a nanocomposite sheet in which a thermoplastic resin and 0.5wt% to 10wt% nanoclay are melt-mixed; and a second step of biaxially stretching the nanocomposite sheet.

예컨대, 상기 이축연신은 시트의 종방향(machine direction; MD) 및 횡방향(transverse direction; TD)에서 상이한 배율로 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the biaxial stretching may be performed at different magnifications in the machine direction (MD) and the transverse direction (TD) of the sheet, but is not limited thereto.

또한, 상기 이축연신은 종방향 및 횡방향 중 어느 한 방향으로 먼저 연신시킨 후 타 방향으로 순차적으로 연신시키는 방식으로 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, the biaxial stretching may be performed by first stretching in one of the longitudinal and transverse directions and then sequentially stretching in the other direction, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에서는, 이축연신을 수행함에 있어 최종 배율은 동일하더라도 종방향 및 횡방향에서 동일한 배율로 연신시키거나, 종방향 및 횡방향으로 동시에 연신시키는 경우에 비해, i) 양 방향에서 상이한 배율로 연신시키거나, ii) 일측으로 먼저 연신한 후 타측으로 연신시키는 경우, 즉 순차 연신하는 경우 보다 우수한 산소 차단능을 갖는 시트를 제공할 수 있음을 확인하였다. 나아가, iii) 양 방향에서 상이한 배율로 연신시키되 순차 연신했을 때, 시너지적으로 향상된 산소 차단성을 갖는 시트를 제공할 수 있음을 확인하였다.In a specific embodiment of the present invention, in performing biaxial stretching, even if the final magnification is the same, compared to the case of stretching at the same magnification in the machine direction and the transverse direction or simultaneously stretching in the machine direction and the transverse direction, i) in both directions It was confirmed that a sheet having superior oxygen barrier ability can be provided when the sheet is stretched at a different ratio or ii) when first stretched on one side and then on the other side, that is, when the sheet is stretched sequentially. Furthermore, iii) it was confirmed that a sheet having synergistically improved oxygen barrier properties can be provided when the sheets are stretched at different magnifications in both directions but sequentially stretched.

예컨대, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 또는 폴리에틸렌(polyethylene; PE)일 수 있다. 구체적으로, 폴리프로필렌을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the thermoplastic resin may be polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or polyethylene (PE). Specifically, polypropylene may be used, but is not limited thereto.

이때, 상기 열가소성 수지는 나노클레이와의 용융 혼합에 앞서 플라즈마 처리하여 표면 개질한 마이크로 입자 형태로 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In this case, the thermoplastic resin may be used in the form of microparticles surface-modified by plasma treatment prior to melting and mixing with the nanoclay, but is not limited thereto.

예컨대, 상기 제1단계는 열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체를 170 내지 210℃에서 압축성형하여 달성할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 상기 온도는 사용하는 열가소성 수지의 물성 및/또는 나노클레이의 함량 등을 종합적으로 고려하여 결정할 수 있다.For example, the first step may be achieved by compressing a nanocomposite in which a thermoplastic resin and 0.5wt% to 10wt% of nanoclay are melt-mixed at 170 to 210 ° C., but is not limited thereto, and the temperature is the thermoplastic used It can be determined by comprehensively considering the physical properties of the resin and/or the content of the nanoclay.

예컨대, 상기 나노클레이는 수십 내지 수백 나노미터의 평균 직경을 갖는 판상형의 나노클레이일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the nanoclay may be plate-shaped nanoclay having an average diameter of tens to hundreds of nanometers, but is not limited thereto.

본 발명의 용어, "클레이"는 미량의 금속산화물을 포함하는 하나 이상의 광물질(mineral)을 포함하는 세립질 토양(fine-grained soil)을 의미하는 것으로, 크기 및/또는 광물학(mineralogy)에 의해 구분될 수 있다. 일반적으로 클레이는 두께 대비 넓은 표면적을 갖는 판상 형태로 존재할 수 있으며, 실리카와 알루미늄의 면체로 구성될 수 있다. 본 발명의 클레이로는 천연 클레이, 합성 클레이 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같은 클레이의 비제한적인 예는 라포나이트(laponite; LN), 몬모릴로나이트(montmorillonite; MMT), 헥토라이트(hectorite), 사포나이트(saponite), 베이델라이트(beidellite) 및 논트로나이트(nontronite)와 같은 양이온성 클레이 및 층상이중수산화물(layered double hydroxide; LDH)와 같은 음이온 클레이를 포함한다. 본 발명의 막은 이들 클레이 중 어느 하나를 단독으로 이용하거나, 2종 이상을 혼합하여 제조할 수 있다.As used herein, the term "clay" refers to fine-grained soil containing at least one mineral containing a trace amount of metal oxide, classified by size and/or mineralogy. It can be. In general, clay may be present in a plate shape having a large surface area compared to thickness, and may be composed of a facet of silica and aluminum. As the clay of the present invention, natural clay, synthetic clay, or a mixture thereof may be used. Non-limiting examples of such clays include laponite (LN), montmorillonite (MMT), hectorite, saponite, beidellite and nontronite and cationic clays such as clay and anionic clays such as layered double hydroxide (LDH). The membrane of the present invention can be produced by using any one of these clays alone or by mixing two or more of them.

본 발명의 제2양태는 열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체 시트를 이축연신하여 수득한, 동일한 함량의 나노클레이를 포함하는 연신하지 않은 시트에 비해 감소된 산소투과성을 갖는, 기체차단막을 제공한다.A second aspect of the present invention is obtained by biaxially stretching a nanocomposite sheet in which a thermoplastic resin and nanoclay are melt-mixed at 0.5 wt% to 10 wt%, with reduced oxygen compared to an unstretched sheet containing the same amount of nanoclay. A gas barrier membrane having permeability is provided.

예컨대, 본 발명의 기체차단막은 동일한 함량의 나노클레이를 포함하는 연신하지 않은 시트에 비해 증가된 인장강도, 영률 및 둘 모두를 나타낼 수 있다.For example, the gas barrier membrane of the present invention may exhibit increased tensile strength, Young's modulus, or both, compared to an unstretched sheet containing the same amount of nanoclay.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 연신하지 않은 시트의 경우 나노클레이의 함량이 증가하더라도 인장강도 및/또는 영률이 증가하지 않고 나노클레이를 불포함하는 순수 열가소성 수지 시트와 유사한 수준을 유지하였으나, 본 발명의 시트는 연신 및/또는 나노클레이의 함유 여부에 따라 증가된 인장강도 및/또는 영률 즉, 향상된 기계적 물성을 나타내었다.In a specific embodiment of the present invention, in the case of an unstretched sheet, even if the content of nanoclay increases, the tensile strength and/or Young's modulus do not increase and maintain a level similar to that of a pure thermoplastic resin sheet without nanoclay, but the sheet of the present invention showed increased tensile strength and/or Young's modulus, that is, improved mechanical properties, depending on elongation and/or the inclusion of nanoclay.

본 발명의 제3양태는 산소 차단막으로서 열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체 시트를 이축연신하여 수득한, 기체차단막을 구비한 전자소자를 제공한다.A third aspect of the present invention provides an electronic device having a gas barrier film obtained by biaxially stretching a nanocomposite sheet in which a thermoplastic resin and 0.5 wt % to 10 wt % nanoclay are melt-mixed as an oxygen barrier film.

대부분의 전자소자는 전자전도성이 높은 금속 등을 함유한다. 그러나, 이들 소재는 산화, 즉 산소와의 반응에 민감하다. 따라서, 산소를 차단할 수 있는 필름 등으로 코팅하는 것이 바람직하다. 이와 같은 산소 차단막을 요구하는 전자소자의 비제한적인 예는 배터리, 유기 발광 소자, 디스플레이 소자, 광기전성 소자, 집적 회로, 압력센서, 화학센서, 바이오센서, 태양광 소자 및 조명용 소자를 포함할 수 있다.Most electronic devices contain metals with high electron conductivity. However, these materials are sensitive to oxidation, ie reaction with oxygen. Therefore, it is preferable to coat with a film or the like capable of blocking oxygen. Non-limiting examples of electronic devices requiring such an oxygen barrier may include batteries, organic light emitting devices, display devices, photovoltaic devices, integrated circuits, pressure sensors, chemical sensors, biosensors, solar devices, and lighting devices. there is.

본 발명의 제4양태는 산소 차단막으로서 열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체 시트를 이축연신하여 수득한, 기체차단막을 포함하는 포장재를 제공한다.A fourth aspect of the present invention provides a packaging material including a gas barrier film obtained by biaxially stretching a nanocomposite sheet in which a thermoplastic resin and 0.5 wt % to 10 wt % nanoclay are melt-mixed as an oxygen barrier film.

금속성 물질, 식품, 영양제 등은 공기 중의 산소와 반응하여 산화할 수 있다. 따라서, 현재는 유통기한을 증가시키기 위해 알루미늄 또는 무기물이 증착된 필름을 사용하거나 기체 차단성 수지가 적층된 복합필름 등을 사용하고 있으나, 이들을 포함하는 포장재가 불투명해질 수 있으며, 생산 비용이 증가하고 두께가 증대될 수 있다.Metallic substances, foods, nutrients, etc. can react with oxygen in the air and oxidize. Therefore, currently, in order to increase shelf life, a film on which aluminum or inorganic materials are deposited or a composite film on which a gas barrier resin is laminated is used, but the packaging material including these may become opaque, and the production cost increases. Thickness can be increased.

그러나 상기 본 발명의 시트는 현저히 향상된 산소 차단능을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 우수한 투명성 및 가요성을 가질 뿐만 아니라 얇은 두께로도 우수한 차단능을 나타내므로 두께를 감소시키고 기존의 코팅장비를 이용하여 용이하게 생산할 수 있으므로 제조가 용이하고 비용을 절감하는 효과를 가지므로 포장재로도 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 바인더 등의 유기물을 포함하지 않고 무기물만을 포함하므로 내열성이 향상되어 고온에서도 산소 차단능을 유지할 것으로 기대할 수 있다. 이때, 포장재는 본 발명의 시트에 강도를 유지시켜주는 기재층, 인쇄층, 수증기 차단 및/또는 열봉합을 위한 실링층을 추가로 포함하여 형성하거나, 기존의 포장재에 코팅하여 사용할 수 있다.However, the sheet of the present invention not only exhibits significantly improved oxygen blocking ability, but also has excellent transparency and flexibility, and exhibits excellent blocking ability even with a thin thickness, so that the thickness can be reduced and easily applied using existing coating equipment. Since it can be produced, it is easy to manufacture and has the effect of reducing costs, so it can be usefully used as a packaging material. In addition, since only inorganic substances are included without organic substances such as binders, heat resistance is improved and oxygen blocking ability can be expected to be maintained even at high temperatures. At this time, the packaging material may be formed by additionally including a base layer, a printing layer, a sealing layer for water vapor barrier and / or heat sealing to maintain strength in the sheet of the present invention, or may be coated on an existing packaging material.

본 발명의 제조방법은 연신 순서 및/또는 배율을 조절하는 간단한 방법으로 향상된 산소 차단성을 갖는 열가소성 수지 기반의 시트를 제공할 수 있는 바, 종래의 산소 차단능을 향상시키기 위해 유기 고분자와의 복합소재를 이용하는 경우와 비교하여 무기물만을 포함하므로 내열성 또한 향상시킬 수 있으므로, 전자소자 등에 산소차단막으로, 또는 포장재 등에 널리 활용할 수 있다.The manufacturing method of the present invention can provide a thermoplastic resin-based sheet having improved oxygen barrier properties by a simple method of adjusting the stretching order and/or magnification. Compared to the case of using materials, since it contains only inorganic materials, heat resistance can also be improved, so it can be widely used as an oxygen barrier film for electronic devices, etc., or packaging materials.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이축연신된 PP/나노클레이 나노복합체 필름의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2.0 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체의 연신비에 따른 SEM 이미지를 나타낸 도이다. (a) 내지 (d)는 각각 ×1.0, ×9.0, ×13.5, 및 ×18.0 배율의 이미지를 나타내며, (e)는 이축연신된 PP/나노클레이 나노복합체의 전체적인 형태 진화의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2.0 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체의 연신비에 따른 TEM 이미지를 나타낸 도이다: (a), (a') ×1.0, (b), (b') ×9.0, (c), (c') ×13.5, 및 (d), (d') ×18.0.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PP/나노클레이 나노복합체에서 (a) TEM 및 (b) XRD 측정에 의한 나노클레이 층간 특성분석 결과를 나타낸 도이다. 그래프 내의 플롯 옆의 숫자는 PP/나노클레이 나노복합체에 함유된 나노클레이의 양을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 순수(neat) PP 및 PP/나노클레이 나노복합체의 연신되지 않은 필름(×1.0) 및 연신된 필름(×18.0)의 (a) 열중량(thermogravimetric; TG) 곡선 및 (b) (T -10% T onset ) 값의 차이를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PP/나노클레이 나노복합체의 연신비의 함수로서 응력-변형률(stress-strain; s-s) 곡선을 나타낸 도이다. (a) 및 (b)는 각각 MD 및 TD에서의 결과를, (c) 및 (d)는 각각 순수 PP 및 3.4 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체에 대한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 순수 PP 및 PP/나노클레이 나노복합체의 MD 및 TD에 따른 인장강도 및 영률을 나타낸 도이다. (a) 및 (c)는 각각 MD 및 TD에서의 인장강도이며, (b) 및 (d)는 각각 MD 및 TD에서의 영률이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 순수 PP 및 PP/나노클레이 나노복합체의 산소 투과성을 나타낸 도이다. (a)는 RH 0%에서 연신비 증가에 따른 산소 투과성 변화를, (b)는 RH % 증가에 따른 산소 투과성 변화를 나타낸다.
1 is a diagram schematically illustrating a method for manufacturing a biaxially stretched PP/nanoclay nanocomposite film according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing SEM images according to the stretching ratio of the 2.0 wt% nanoclay-containing PP / nanoclay nanocomposite according to an embodiment of the present invention. (a) to (d) show images at ×1.0, ×9.0, ×13.5, and ×18.0 magnification, respectively, and (e) is a schematic diagram of the overall shape evolution of the biaxially stretched PP/nanoclay nanocomposite.
Figure 3 is a diagram showing TEM images according to the stretching ratio of 2.0 wt% nanoclay-containing PP / nanoclay nanocomposite according to an embodiment of the present invention: (a), (a') × 1.0, (b), ( b') x 9.0, (c), (c') x 13.5, and (d), (d') x 18.0.
4 is a diagram showing the results of characterization between layers of nanoclay by (a) TEM and (b) XRD measurements in a PP/nanoclay nanocomposite according to an embodiment of the present invention. The number next to the plot in the graph indicates the amount of nanoclay contained in the PP/nanoclay nanocomposite.
5 is (a) thermogravimetric (TG) of an unstretched film (×1.0) and a stretched film (×18.0) of neat PP and PP/nanoclay nanocomposites according to an embodiment of the present invention. ) curve and (b) ( T -10% and T onset ) It is a diagram showing the difference in value.
6 is a diagram showing a stress-strain (ss) curve as a function of a stretching ratio of a PP/nanoclay nanocomposite according to an embodiment of the present invention. (a) and (b) show the results in MD and TD, respectively, and (c) and (d) show the results for pure PP and PP/nanoclay nanocomposites containing 3.4 wt% nanoclay, respectively.
7 is a diagram showing tensile strength and Young's modulus according to MD and TD of pure PP and PP/nanoclay nanocomposites according to an embodiment of the present invention. (a) and (c) are tensile strengths in MD and TD, respectively, and (b) and (d) are Young's moduli in MD and TD, respectively.
8 is a diagram showing oxygen permeability of pure PP and PP/nanoclay nanocomposites according to an embodiment of the present invention. (a) shows the oxygen permeability change according to the increase in the stretching ratio at 0% RH, and (b) shows the oxygen permeability change according to the increase in RH%.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

<물질><substance>

PP 수지 T3410(용융지수(melt index) 7 g/10 min at 230℃, 및 융점(melting point) 134.4±0.7℃, LG Chemical, South Korea)을 매트릭스 소재로 사용하였다. 상기 PP는 극저온 연삭(cryo-grinding)에 의해 마이크로 크기의 입자로 생산되었다. 나노클레이(Cloisite 20A)는 BYK Additives and Instruments(USA)로부터 구입하여 사용하였다. 나노클레이에 대해, 유기개질제(organic modifier)로 사용된 4차 암모늄(quaternary ammonium)은 대부분의 이중겹합이 수소화된, 디메틸, 이수소화된 수지(tallow)였다. 상기 개질제의 농도는 클레이에 대해 95 meq/100 g clay였다.PP resin T3410 (melt index 7 g/10 min at 230° C., melting point 134.4±0.7° C., LG Chemical, South Korea) was used as a matrix material. The PP was produced into micro-sized particles by cryo-grinding. Nanoclay (Cloisite 20A) was purchased from BYK Additives and Instruments (USA) and used. For the nanoclay, the quaternary ammonium used as the organic modifier was dimethyl, dihydrogenated resin (tallow), with most of the doublets hydrogenated. The concentration of the modifier was 95 meq/100 g clay for clay.

실시예 1: 이축연신된 PP/나노클레이 나노복합체 필름의 제조Example 1: Preparation of Biaxially Stretched PP/Nanoclay Nanocomposite Film

마이크로-크기의 PP는 플라즈마 처리하여 표면을 개질하였다. 마이크로-크기의 PP의 개질은 라디오주파수 플라즈마 생성기(radio frequency plasma generator, FEMTO Version E of 13.56 MHz, Diener electronic, Germany)를 이용하여 10분 노출 시간(exposure time), N2 기체, 및 50 W의 플라즈마 전력(plasma power)의 조절된 조건 하에 수행되었다. 모든 PP/나노클레이 나노복합체는 이중나사(twin-screw)를 구비한 밀폐식 혼합기(internal mixer, W50 Plastograph, Brabender GmbH & Co KG, Germany)를 사용하여 190℃에서 80 rpm 회전 속도(rotation speed)로 제조하였다. 표면 개질된 마이크로-크기의 PP 및 나노클레이를 먼저 1분 동안 선-혼합(pre-mixed)하고, 밀폐식 혼합기에서 5분 동안 용융혼합(melt-mixed)하였다.The micro-sized PP was surface-modified by plasma treatment. Modification of micro-sized PP was performed using a radio frequency plasma generator (FEMTO Version E of 13.56 MHz, Diener electronic, Germany) with a 10-minute exposure time, N 2 gas, and 50 W of It was performed under controlled conditions of plasma power. All PP/nanoclay nanocomposites were prepared using an internal mixer (W50 Plastograph, Brabender GmbH & Co KG, Germany) with a twin-screw at 80 rpm rotation speed at 190 °C. was made with The surface-modified micro-sized PP and nanoclay were first pre-mixed for 1 minute and then melt-mixed for 5 minutes in an airtight mixer.

벌크형(bulk-shaped) 나노복합체 시료를 분쇄하여 105℃에서 12시간 동안 건조시키고, 이후 나노복합체 과립을 가열압착시스템(hot press system, QM900A, QMESYS, South Korea)을 사용하여 190℃에서 압축성형(compression-molded)하였다. 압축성형 후, 나노복합체 시트 중의 나노클레이의 양을 열중량분석기(thermogravimetric analyzer; TGA, Q500, TA Instruments, USA)로 분석하였다. PP/나노클레이 나노복합체 시트를 이축연신기(biaxial stretcher, Biaxial Drawing Machine, Plus Ko-lab, South Korea)를 사용하여 130℃에서 100 mm/s의 변형 속도로 이축연신시키고(biaxially oriented), 연신비는 3.0×3.0(×9.0), 3.0×4.5(×13.5), 및 3.0×6.0(×18.0)였다. 이축연신(biaxial stretching)은 순차연신으로 수행하였으며, 상기 시트를 횡방향(transverse direction; TD)에서 ×3.0의 표적 연신비까지 연신시키는 한편 종방향(machine direction; MD)에서 제한하였다. 기기에 의해 부과되는 1초의 멈춤(pause) 후, 상기 시트를 MD에서 표적 연신비까지 연신시키는 동시에 TD에서 제한하였다. 연신된 PP/나노클레이 나노복합체 필름의 제조방법을 도 1에 개략적으로 나타내었다.The bulk-shaped nanocomposite sample was pulverized and dried at 105 ° C for 12 hours, and then the nanocomposite granules were compression molded at 190 ° C using a hot press system (QM900A, QMESYS, South Korea) compression-molded). After compression molding, the amount of nanoclay in the nanocomposite sheet was analyzed by a thermogravimetric analyzer (TGA, Q500, TA Instruments, USA). The PP / nanoclay nanocomposite sheet was biaxially oriented at a strain rate of 100 mm/s at 130 ° C using a biaxial stretcher (Biaxial Drawing Machine, Plus Ko-lab, South Korea), and the stretch ratio were 3.0×3.0 (×9.0), 3.0×4.5 (×13.5), and 3.0×6.0 (×18.0). Biaxial stretching was performed as sequential stretching, and the sheet was stretched to a target stretch ratio of ×3.0 in the transverse direction (TD) while constrained in the machine direction (MD). After a 1 second pause imposed by the machine, the sheet was stretched in MD to the target draw ratio while being restrained in TD. A method for preparing a stretched PP/nanoclay nanocomposite film is schematically shown in FIG. 1 .

실험예 1: 형태적 분석(morphological analysis)Experimental Example 1: Morphological analysis

PP/나노클레이 나노복합체의 저배율 형태를 전계방출주사현미경(field emission scanning microscopy; FE-SEM, SU8020, Hitachi, Japan)으로 관찰하였다. 상기 필름 시료를 -100℃에서 두께 방향을 통해 극저온-절단하였다(cryo-microtomed). 다이아몬드 칼을 구비한 극저온-마이크로톰(LEICA ULTRACUT UC7, Leica, Germany)을 이용하여 마이크로 절단된(microtomed) 표면을 얻었다. 이온 스퍼터(ion sputter, E-1045, Hitachi, Japan)를 사용하여 모든 시료를 Pt/Pd 합금으로 코팅하였다.The low-magnification morphology of the PP/nanoclay nanocomposite was observed by field emission scanning microscopy (FE-SEM, SU8020, Hitachi, Japan). The film samples were cryo-microtomed through the thickness at -100 °C. Microtomed surfaces were obtained using a cryo-microtome (LEICA ULTRACUT UC7, Leica, Germany) equipped with a diamond knife. All samples were coated with Pt/Pd alloy using ion sputter (E-1045, Hitachi, Japan).

나아가, 고배율로 PP/나노클레이 나노복합체를 관찰하기 위하여 투과방출현미경(transmission emission microscopy; TEM, HT7700, Hitachi, Japan)을 사용하였다. 극저온 마이크로톰을 이용하여 필름으로부터 추출한 PP/나노클레이 나노복합체로부터 약 80 nm의 TEM 시료를 준비하였다.Furthermore, a transmission emission microscope (TEM, HT7700, Hitachi, Japan) was used to observe the PP/nanoclay nanocomposite at high magnification. A TEM sample of about 80 nm was prepared from the PP/nanoclay nanocomposite extracted from the film using a cryogenic microtome.

도 2에는 2.0 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체의 단면의 SEM 이미지를 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 연신비를 ×1.0로부터 ×18.0까지 증가시킴에 따라, PP 매트릭스에서 나노클레이의 형태 변화가 관찰되었다.2 shows a SEM image of a cross section of a 2.0 wt% nanoclay-containing PP/nanoclay nanocomposite. As shown in FIG. 2, as the stretching ratio increased from ×1.0 to ×18.0, a change in the shape of the nanoclay was observed in the PP matrix.

도 2a에서 나타난 바와 같이, PP 매트릭스 내에 나노클레이가 분산되었음에도 불구하고, 약 5 μm 크기의 나노클레이 응집이 부분적으로 관찰되었다. 그러나, 연신비가 증가함에 따라 관찰되는 나노클레이의 응집은 점차적으로 감소하였다. 연신비 ×13.5 및 ×18.0의 도 2c 및 2d에서, 이러한 현상은 보다 명확하게 나타났으며, 나노클레이의 응집은 관찰되지 않았다. 이러한 현상은 PP/나노클레이 나노복합체의 연신 시 발생하는 PP의 사슬 거동(chain behavior)으로부터 기인할 수 있다. 임의 분포된 PP 사슬이 연신됨에 따라, 이들 사슬은 연신 방향을 따라 배열되었다. 이때, 나노클레이 응집체는 PP 사슬에 의해 전단응력을 받으며, 나노클레이 응집체는 분쇄(crushed) 또는 압축(compressed)되었다. 다른 가능성은 파열 기전(rupture mechanism)이 나노클레이의 응집에 작용할 수 있다는 것이다. PP/나노클레이 나노복합체는 반용융 상태(semi-molten state)에서 이축연신 과정을 경험하므로, 고점도 고분자가 입자 응집에 전단응력(shear stress)을 가하여 파열 현상이 발생하는 것으로 추정되었다.As shown in FIG. 2a , although the nanoclay was dispersed in the PP matrix, nanoclay aggregation with a size of about 5 μm was partially observed. However, as the stretching ratio increased, the observed aggregation of the nanoclay gradually decreased. In Figs. 2c and 2d with a draw ratio of ×13.5 and ×18.0, this phenomenon appeared more clearly, and no aggregation of nanoclay was observed. This phenomenon can be attributed to the chain behavior of PP that occurs when the PP/nanoclay nanocomposite is stretched. As the randomly distributed PP chains were stretched, these chains were aligned along the direction of stretching. At this time, the nanoclay aggregate is subjected to shear stress by the PP chain, and the nanoclay aggregate is crushed or compressed. Another possibility is that a rupture mechanism may act on the aggregation of the nanoclay. Since the PP/nanoclay nanocomposite experiences a biaxial stretching process in a semi-molten state, it is assumed that the high-viscosity polymer applies shear stress to particle aggregation, causing rupture.

연신비 증가에 따른 나노클레이의 거동을 관찰하기 위하여, 2.0 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체의 TEM 이미지를 도 3에 나타내었다. 도 3a 및 3b를 비교하면, 연신비가 ×1.0로부터 ×9.0까지 증가할 때, 응집된 나노클레이가 PP 매트릭스 내에서 분리되고 보다 잘 분포되는 것이 관찰되었다. 연신비가 ×13.5 및 ×18.0까지 순차적으로 증가함에 따라 판상형 나노클레이가 박리(exfoliated)됨을 확인하였다. 앞서, SEM 분석으로부터 확인된 바와 같이, PP/나노클레이 나노복합체가 연신될 때 PP 매트릭스에 의해 야기되는 전단응력으로 인해 나노클레이가 PP 매트릭스 내에 균일하게 분포되거나 분산되는 것을 TEM 분석을 통해 확인하였다. 또한, 이와 같이 PP 매트릭스 내에 완전히 박리된 나노클레이는 저배율의 SEM 분석에서는 관찰되지 않으므로, 도 2d에 나타난 나노클레이의 양은 도 2c의 그것보다 더 적었다.In order to observe the behavior of the nanoclay according to the increase in the stretching ratio, the TEM image of the PP/nanoclay nanocomposite containing 2.0 wt% nanoclay is shown in FIG. 3 . Comparing Figs. 3a and 3b, it was observed that when the draw ratio increased from ×1.0 to ×9.0, the agglomerated nanoclay was separated and better distributed within the PP matrix. It was confirmed that the plate-shaped nanoclay was exfoliated as the stretching ratio sequentially increased to ×13.5 and ×18.0. As previously confirmed from the SEM analysis, it was confirmed through TEM analysis that the nanoclay was uniformly distributed or dispersed in the PP matrix due to the shear stress caused by the PP matrix when the PP/nanoclay nanocomposite was stretched. In addition, since nanoclays completely exfoliated in the PP matrix were not observed in low-magnification SEM analysis, the amount of nanoclay shown in FIG. 2d was smaller than that in FIG. 2c.

실험예 2: X-선 회절 분석(X-ray diffraction analysis)Experimental Example 2: X-ray diffraction analysis

CuKα 방사선(λ=0.154 nm)을 구비한 X-선 회절(XRD, D8 ADVANCE, BRUKER, USA)로 PP/나노클레이 나노복합체의 나노클레이 분산 및 구조 분석을 수행하였다. 1 내지 10의 2θ 범위에서 회절 스펙트럼을 획득하고, 브래그 방정식(Bragg's equation)을 이용하여 층간 거리(interlayer distance, d 001 )를 계산하였다:Nanoclay dispersion and structural analysis of the PP/nanoclay nanocomposites were performed by X-ray diffraction (XRD, D8 ADVANCE, BRUKER, USA) with CuK α radiation (λ=0.154 nm). Diffraction spectra were acquired in the 2θ range of 1 to 10, and the interlayer distance ( d 001 ) was calculated using Bragg's equation:

Figure 112021126351825-pat00001
(1)
Figure 112021126351825-pat00001
(One)

이때, λ는 파장, θ는 회절각, 및 d는 나노클레이 간의 층간 거리이다.Here, λ is the wavelength, θ is the diffraction angle, and d is the interlayer distance between the nanoclays.

상기 방정식을 통해 산출한 나노클레이의 층간 거리를 도 4에 나타내었다. 도 4a에는 TEM 분석을 이용한 2.0 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체의 삽입된(intercalated) (박리되지 않은) 나노클레이의 층간 거리 측정 결과를 나타내었다. 도 4a에 나타난 바와 같이, 삽입된 나노클레이의 층간 거리 값은 연신비가 증가함에 따라 20.3으로부터 13.0 nm까지 감소하였다. 연신비가 증가함에 따라 PP 매트릭스 내의 나노클레이에 보다 강한 전단응력이 가해지므로, 이러한 값의 감소는 이축연신 공정의 결과이다. 이때, 박리되지 않은 나노클레이는 외력(external force)에 의해 압축되고, 층간 거리는 오히려 감소하였다. 도 4b에는 PP/나노클레이 나노복합체의 나노클레이 함량에 의한 나노클레이의 층간 거리 값을 나타내었다. 도 4b에 나타난 바와 같이, 연신이 없는 ×1.0의 연신비에서, PP 매트릭스 중의 나노클레이 함량이 증가함에 따라, 나노클레이 층간 간격(spacing)은 감소하였다. 나노클레이의 함량이 증가함에 따라, 나노클레이 응집이 증가하고, PP 사슬이 나노클레이 사이에 효과적으로 침투하기에 불충분하여 층간 거리 값은 감소하였다. 도 4a 및 4b에서 2.0 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체의 층간 거리를 비교하면, 연신비 전체 범위에 걸친 값에서 약간의 차이가 존재할 수 있다. 이러한 차이는 XRD 분석을 사용하여 획득한 나노클레이 층간 거리 값이 삽입 및 박리 케이스를 모두 포함하는데 기인한다. Fig. 4b는 Fig. 4a의 결과와 상이한 경향을 나타내었으며, 나노클레이의 d-스페이싱 값이 지속적으로 감소하지 않았으며 연신비가 ×9.0로부터 ×18.0까지 증가함에 따라 오히려 증가하거나 유지되는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터, PP/나노클레이 나노복합체의 연신비가 증가함에 따라 박리된 나노클레이의 양이 증가하며, 이축연신 공정이 PP 매트릭스 내에 나노클레이를 분산시키는데 효과적임을 확인하였다.The interlayer distance of nanoclay calculated through the above equation is shown in FIG. 4 . Figure 4a shows the result of measuring the interlayer distance of intercalated (not exfoliated) nanoclay of the 2.0 wt% nanoclay-containing PP/nanoclay nanocomposite using TEM analysis. As shown in FIG. 4a, the interlayer distance value of the intercalated nanoclay decreased from 20.3 to 13.0 nm as the stretching ratio increased. As the stretching ratio increases, stronger shear stress is applied to the nanoclay in the PP matrix, so the decrease in this value is a result of the biaxial stretching process. At this time, the non-exfoliated nanoclay was compressed by an external force, and the interlayer distance rather decreased. 4b shows the interlayer distance value of nanoclay according to the nanoclay content of the PP/nanoclay nanocomposite. As shown in FIG. 4B, at a stretching ratio of × 1.0 without stretching, the spacing between nanoclay layers decreased as the nanoclay content in the PP matrix increased. As the nanoclay content increased, the nanoclay aggregation increased, and the interlayer distance value decreased because the PP chain was insufficient to effectively penetrate between the nanoclays. Comparing the interlayer distance of the 2.0 wt% nanoclay-containing PP/nanoclay nanocomposite in FIGS. 4a and 4b, there may be a slight difference in the value over the entire stretch ratio range. This difference is due to the fact that the nanoclay interlayer distance values obtained using XRD analysis include both intercalation and exfoliation cases. Fig. 4b is Fig. It showed a different trend from the result of Fig. 4a, and the d -spacing value of the nanoclay did not decrease continuously, but rather increased or maintained as the draw ratio increased from × 9.0 to × 18.0. From these results, it was confirmed that the amount of exfoliated nanoclay increased as the stretching ratio of the PP/nanoclay nanocomposite increased, and that the biaxial stretching process was effective in dispersing the nanoclay in the PP matrix.

실험예 3: 열적 분석(thermal analysis)Experimental Example 3: Thermal analysis

N2 분위기에서 실온으로부터 600℃까지 10℃/min의 가열속도로 열중량분석(thermogravimetric analysis, Q500, TA Instruments, USA)을 이용하여 모든 PP/나노클레이 나노복합체에서 열적 안정성(thermal stability) 및 나노클레이의 잔류량(residual amounts)을 연구하였다.Thermal stability and nanoclay nanocomposites were evaluated by thermogravimetric analysis (Q500, TA Instruments, USA) at a heating rate of 10 °C/min from room temperature to 600 °C in N 2 atmosphere. The residual amounts of clay were studied.

PP에 나노클레이의 첨가는 휘발성 물질 또는 기체 확산(gases diffusion)을 감소시키는 차단 효과(barrier effect)로 인해 열적 안정성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. PP/나노클레이 나노복합체에서 나노클레이의 분산에 따른 열적 안정성 향상을 비교하기 위하여 TGA 분석을 수행하였다. 도 5a를 참조하면, PP는 388℃에서 열분해(pyrolysis)를 시작하는 반면, 3.4 wt% 및 5.0 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체는 약 420℃에서 열분해를 시작함을 확인하였다.It is known that the addition of nanoclays to PP improves thermal stability due to a barrier effect that reduces volatiles or gases diffusion. TGA analysis was performed to compare the improvement in thermal stability according to the dispersion of nanoclay in the PP/nanoclay nanocomposite. Referring to FIG. 5a, it was confirmed that PP started pyrolysis at 388°C, whereas PP/nanoclay nanocomposites containing 3.4 wt% and 5.0 wt% nanoclay started pyrolysis at about 420°C.

연신되지 않은 필름의 경우, 나노클레이 양이 1.6 wt% 더 많음에도 불구하고 TG 곡선은 거의 유사하였으며, 이는 나노클레이 함량의 증가가 열적 안정성 향상에 기여하지 않았음을 나타내는 것이다. 그러나, ×18의 연신비로 연신될 때, 상이한 경향이 관찰되었고, PP 매트릭스 중의 나노클레이의 함량이 3.4 wt%로부터 5.0 wt%까지 증가했을 때, 이들 TG 곡선은 현저한 차이를 나타내었다. TG 곡선에 기초하여, 도 5b는 PP/나노클레이 나노복합체의 연신된 및 비연신된 필름의 분해 온도(decomposition temperatures)에서 차이(각각 T -10% T onse t)를 나타내었다. 분해 온도에서의 차이는 나노클레이 함량이 증가함에 따라 선형적으로 증가하였으며, 열적 안정성의 향상은 나노클레이의 함량에 기인하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 이축연신 공정을 통한 PP 매트릭스에서 나노클레이 분산의 향상에 대한 다른 증거이다.In the case of the unstretched film, the TG curves were almost similar even though the amount of nanoclay was 1.6 wt% higher, indicating that the increase in nanoclay content did not contribute to the improvement in thermal stability. However, when stretching at a stretching ratio of ×18, different trends were observed, and when the content of nanoclay in the PP matrix was increased from 3.4 wt% to 5.0 wt%, these TG curves showed significant differences. Based on the TG curves, FIG. 5B shows the difference in decomposition temperatures ( T -10% and T onse t , respectively) of the stretched and unstretched films of the PP/nanoclay nanocomposites. The difference in decomposition temperature increased linearly as the nanoclay content increased, and the improvement in thermal stability was attributed to the nanoclay content. These results are another evidence for the improvement of nanoclay dispersion in PP matrix through biaxial stretching process.

실험예 4: 기계적 분석(mechanical analysis)Experimental Example 4: Mechanical analysis

만능시험기(universal testing machine; UTM, INSTRON 3367, INSTRON, USA)를 이용하여 필름 시료로 인장시험(tensile testing)을 결정하였다. 30 kN 셀포스(cell force) 및 10 mm/min의 테스트속도(test speed)로 수행하였다. 인장시험 동안 게이지 길이(gauge length)를 20 mm에 고정하였다.Tensile testing was determined using a film sample using a universal testing machine (UTM, INSTRON 3367, INSTRON, USA). It was performed with a 30 kN cell force and a test speed of 10 mm/min. During the tensile test, the gauge length was fixed at 20 mm.

도 6에는 연신비에 따른 PP 및 3.4 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 복합체의 s-s 곡선을 나타내었다. 도 6a 및 6b에 나타난 바와 같이, PP 및 3.4 wt% PP/나노클레이 나노복합체 모두는 인장강도(tensile strength) 및 영률(Young's modulus)이 연신비 증가에 따라 증가하는 것으로 확인되었다. 상기 인장강도 및 영률은 3.4 wt% 나노클레이 함유 PP/나노클레이 나노복합체의 MD 및 TD에서 PP에 비해 향상되었다. 연신하지 않은 ×1.0의 연신비에서, 3.4 wt% PP/나노클레이 나노복합체는 PP에 비해 약간의 인장강도 증가를 나타내었다. 그러나, 연신비가 증가함에 따라 PP와 PP/나노클레이 나노복합체의 인장강도 및 영률의 차이는 증가되었다. MD 및 연신비 ×18.0에서, PP의 인장강도와 영률은 각각 184.3 MPa 및 1.63 GPa이었고, 3.4 wt% PP/나노클레이 나노복합체는 각각 210.1 MPa 및 2.26 GPa의 값을 나타내었다. 영률의 경우, ×1.0로부터 ×18.0까지 연신비가 증가함에 따라, PP는 약 116%만큼 증가하였고, 3.4 wt% PP/나노클레이 복합체는 약 190%만큼 증가하였다.6 shows s-s curves of the PP/nanoclay composite containing PP and 3.4 wt% nanoclay according to the stretching ratio. As shown in FIGS. 6a and 6b, it was confirmed that the tensile strength and Young's modulus of both the PP and 3.4 wt% PP/nanoclay nanocomposites increased as the draw ratio increased. The tensile strength and Young's modulus of the PP/nanoclay nanocomposite containing 3.4 wt% nanoclay were improved compared to PP in MD and TD. At a stretching ratio of × 1.0 without stretching, the 3.4 wt% PP/nanoclay nanocomposite showed a slight increase in tensile strength compared to PP. However, as the stretching ratio increased, the difference in tensile strength and Young's modulus between PP and PP/nanoclay nanocomposites increased. At MD and stretch ratio × 18.0, the tensile strength and Young's modulus of PP were 184.3 MPa and 1.63 GPa, respectively, and the 3.4 wt% PP/nanoclay nanocomposite showed values of 210.1 MPa and 2.26 GPa, respectively. In the case of Young's modulus, as the draw ratio increased from ×1.0 to ×18.0, PP increased by about 116%, and the 3.4 wt% PP/nanoclay composite increased by about 190%.

MD 및 TD에서 s-s 곡선은 다른 패턴을 나타내었고, 인장강도와 영률은 TD에서 상대적으로 낮았다. 이전에 보고된 바에 따르면, 축차연신공정(sequential stretching)의 경우, 연신비가 동일하더라도(3.0×3.0), 강도(strength)와 경도(stiffness)는 2차 연신 방향(stretching direction)에서 더 높은 것으로 보고되었다. 보다 흥미롭게도, TD에서 연신비가 ×9.0로부터 ×18.0까지 증가할 때 s-s 곡선의 거동은 변화하였다. PP 및 PP/나노클레이 나노복합체 모두 ×18.0의 연신비에서 탄성중합체(elastomers) 또는 고무 고분자(rubbery polymers)의 s-s 곡선 거동을 나타내었다. 이러한 현상은 분자 배향(molecular orientation)의 영향의 결과이다. 이는 연신비가 ×9.0(3.0×3.0)로부터 ×18.0(3.0×6.0)까지 MD에서 더 연신되었을 때, 적층된 라멜라 결정 구조(stacked lamellar crystal structure)가 보다 연성인 방식(ductile manner)으로 변형되었기 때문이다.The s-s curves in MD and TD showed different patterns, and the tensile strength and Young's modulus were relatively low in TD. As previously reported, in the case of sequential stretching, even if the stretching ratio is the same (3.0 × 3.0), the strength and stiffness are reported to be higher in the secondary stretching direction. It became. More interestingly, the behavior of the s-s curve changed when the stretch ratio increased from ×9.0 to ×18.0 in TD. Both PP and PP/nanoclay nanocomposites showed s-s curve behavior of elastomers or rubbery polymers at a stretch ratio of ×18.0. This phenomenon is a result of the influence of molecular orientation. This is because when the stretching ratio was further stretched in MD from ×9.0 (3.0 × 3.0) to ×18.0 (3.0 × 6.0), the stacked lamellar crystal structure was deformed in a more ductile manner. am.

도 7에는 PP/나노클레이 나노복합체의 나노클레이 함량 증가에 따른 인장강도 및 영률 값을 나타내었다. 도 7에 나타난 바와 같이, MD에서, PP 매트릭스 내의 나노클레이 함량이 증가할 때, 인장강도 및 영률은 연신비가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 본 발명에서, 가장 높은 기계적 성질 성능(mechanical property performance)은 PP 중의 나노클레이 함량이 3.4 wt%일 때 나타났다. 나노클레이 함량 3.4 wt%까지는, 기계적 성질을 향상시키기 위한 강화제(reinforcing agent)로 작용하였으나, 나노클레이 함량이 5.0 wt%를 초과할 때, 나노클레이의 응집이 인장강도 및 영률을 저해하였다.7 shows the tensile strength and Young's modulus values of the PP/nanoclay nanocomposite with increasing nanoclay content. As shown in FIG. 7, in MD, when the content of nanoclay in the PP matrix increased, the tensile strength and Young's modulus showed a tendency to increase as the draw ratio increased. In the present invention, the highest mechanical property performance was shown when the nanoclay content in PP was 3.4 wt%. Up to 3.4 wt% of nanoclay, it acted as a reinforcing agent to improve mechanical properties, but when the content of nanoclay exceeded 5.0 wt%, aggregation of nanoclay inhibited tensile strength and Young's modulus.

도 7c에 나타난 바와 같이, PP를 제외한 나노클레이를 포함하는 모든 PP/나노클레이 나노복합체에 대해 연신비가 ×9.0로부터 ×18.0까지 증가할 때 TD에서의 인장강도는 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 경향성은 영률에서도 관찰되었으며, MD에서와 같이 현저하게 증가하지 않았으며, 몇몇 케이스에서는 오히려 감소하거나 유사한 값을 나타내었다. 먼저, 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 결과는 연신비가 ×9.0 로부터 ×18.0까지 증가함에 따라 결정 구조에서의 변화로 인해 연성 특성(ductility property)이 구현되는 것으로 나타났다. 두번째 가능성은 나노클레이의 형태에 기인한다. 도 3 및 4의 SEM 및 TEM 이미지에서, 나노클레이는 MD 내에 배열된 것이 관찰되었으며, 이는 TD로 인장시 결함으로 작용한 것으로 여겨진다.As shown in FIG. 7c, for all PP/nanoclay nanocomposites including nanoclays except for PP, the tensile strength in TD tended to decrease when the stretch ratio increased from ×9.0 to ×18.0. This tendency was also observed in Young's modulus, and it did not significantly increase as in MD, but rather decreased or showed similar values in some cases. First, as mentioned above, these results indicate that ductility properties are realized due to a change in the crystal structure as the draw ratio increases from ×9.0 to ×18.0. The second possibility is due to the morphology of the nanoclay. In the SEM and TEM images of FIGS. 3 and 4 , it was observed that the nanoclays were arranged in the MD, which is believed to act as a defect upon stretching with TD.

실험예 5: 산소투과도 분석(oxygen permeability analysis)Experimental Example 5: Oxygen permeability analysis

산소투과율분석기(oxygen transmission rate analyzer, 702, MOCON, USA)를 이용하여 ASTM 3985에 따라 모든 시료 필름의 산소투과율 측정을 기록하였다. 23℃, 0% 상대습도(relative humidity)에서 100% O2 분위기 하에 투과 테스트(permeation tests)를 수행하였다.Oxygen transmission rate measurements of all sample films were recorded according to ASTM 3985 using an oxygen transmission rate analyzer (702, MOCON, USA). Permeation tests were performed under a 100% O 2 atmosphere at 23° C. and 0% relative humidity.

도 8a에는 PP 및 PP/나노클레이 나노복합체의 연신비 및 나노클레이 함량에 대한 산소 투과성 결과를 나타내었다. 이축연신 하지 않은 PP(×1.0)는 120.0 cc·mm/m2·day·atm의 산소 투과성을 나타내었다. 이때, 연신비가 증가함에 따라, PP의 산소 투과성은 감소하고, 산소차단성은 개선되었다. ×18.0의 연신비에서, PP는 약 37% 감소된 75.4 cc·mm/m2·day·atm의 값을 나타내었다. ×1.0에서, 산소 투과성은 PP 중의 나노클레이 함량이 증가함에 따라 감소하였으나, 3.4 wt%에 도달할 때 이러한 감소하는 경향 및 규칙성이 사라졌다. 이는 나노클레이가 PP 매트릭스 내에서 응집되어 구불구불한 복잡한 경로(tortuous pathways)를 충분히 형성하지 못한 결과이다.8a shows the oxygen permeability results for the stretch ratio and nanoclay content of PP and PP/nanoclay nanocomposites. PP (×1.0) without biaxial stretching exhibited an oxygen permeability of 120.0 cc·mm/m 2 ·day·atm. At this time, as the draw ratio increased, the oxygen permeability of PP decreased and the oxygen barrier property improved. At a draw ratio of ×18.0, PP exhibited a value of 75.4 cc·mm/m 2 ·day·atm, which was reduced by about 37%. At ×1.0, the oxygen permeability decreased with increasing nanoclay content in PP, but this decreasing trend and regularity disappeared when reaching 3.4 wt%. This is the result of the nanoclay not being able to sufficiently form tortuous pathways due to aggregation in the PP matrix.

그러나, PP/나노클레이 나노복합체의 이축연신 공정 후, 산소 투과성은 나노클레이 함량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. ×18.0의 연신비에서 6.4 wt% PP/나노클레이 나노복합체의 연신 결과, PP에 비해 약 64% 감소된 43.5 cc·mm/m2·day·atm의 산소 투과성 값을 나타내었다. 고분자 매트릭스의 분자량, 결정도(crystallinity), 분자 얽힘(molecular entanglement) 및 내구 구조(internal structure)와 같은 산소 차단성에 영향을 주는 몇몇 인자가 존재한다. 본 연구에서는, PP/나노클레이 나노복합체의 이축연신을 통해, 고분자 내 자유 부피 및 사슬 얽힘을 감소시킴으로써 산소 차단성을 향상시켰다. 나아가, 이축연신 공정이 나노클레이의 분산에 영향을 미침에 따라, PP 매트릭스 내에서 구불구불한 경로(tortuous path)의 형성이 산소 차단성을 향상시키기 위한 유효 인자로 작용한다. 이들 복합적 인자의 조합에 의해 시너지적 효과가 달성되었으며, 결과적으로 향상된 산소 차단성을 나타내었다.However, after the biaxial stretching process of the PP/nanoclay nanocomposite, the oxygen permeability tended to decrease as the nanoclay content increased. As a result of the stretching of the 6.4 wt% PP/nanoclay nanocomposite at a stretching ratio of ×18.0, the oxygen permeability value was 43.5 cc·mm/m 2 ·day·atm, which was reduced by about 64% compared to that of PP. There are several factors that affect oxygen barrier properties such as molecular weight, crystallinity, molecular entanglement and internal structure of the polymer matrix. In this study, the oxygen barrier property was improved by reducing the free volume and chain entanglement in the polymer through biaxial stretching of the PP/nanoclay nanocomposite. Furthermore, as the biaxial stretching process affects the dispersion of the nanoclay, the formation of a tortuous path in the PP matrix acts as an effective factor for improving oxygen barrier properties. A synergistic effect was achieved by the combination of these complex factors, resulting in improved oxygen barrier properties.

산소 차단성에 있어서 다른 중요한 사항은 상대 습도 증가에 따른 산소 투과성의 변화이다. 이는 필름이 포장재로 사용될 때, 포장재 외부의 기후 또는 포장재 내부의 습도에 의해 산소 차단성능이 악화되어 상품에 악영향을 끼칠 수 있기 때문이다. 따라서, 상대 습도(relative humidity; RH) 증가에 따라 시료의 산소 투과성을 분석하고, 그 결과를 도 8b에 나타내었다. 본 발명에서 가장 우수한 산소 차단성능을 나타낸, ×18.0의 연신비를 갖는 6.4 wt% PP/나노클레이 나노복합체는 90% RH의 극한 조건 하에서도 유의미하게 산소 투과성을 증가시키지 않고 그 성능을 유지하였다. PP는 소수성 고분자로, 나노클레이가 PP의 표면 보다는 내부에 위치하므로, PP의 우수한 수증기(water vapor) 차단성능의 결과로 유추할 수 있다.Another important factor in oxygen barrier properties is the change in oxygen permeability with increasing relative humidity. This is because when the film is used as a packaging material, the oxygen barrier performance is deteriorated by the weather outside the packaging material or the humidity inside the packaging material, which may adversely affect the product. Therefore, the oxygen permeability of the sample was analyzed according to the increase in relative humidity (RH), and the results are shown in FIG. 8B. The 6.4 wt% PP/nanoclay nanocomposite with a stretch ratio of ×18.0, which showed the best oxygen barrier performance in the present invention, maintained its performance without significantly increasing oxygen permeability even under the extreme condition of 90% RH. PP is a hydrophobic polymer, and since the nanoclay is located inside rather than the surface of PP, it can be inferred as a result of PP's excellent water vapor barrier performance.

실험예 6: 물 접촉각 분석(water contact angle analysis)Experimental Example 6: Water contact angle analysis

접촉각 분석기(contact angle analyzer, SmartDrop, TEMTOFAB, South Korea)로 23℃, 상대습도 30%에서 물접촉각 측정을 수행하였다. 측정은 3 μL 물방울을 필름 표면에 최소 5회 떨어뜨려 수행하였다.The water contact angle was measured at 23°C and 30% relative humidity using a contact angle analyzer (SmartDrop, TEMTOFAB, South Korea). Measurements were performed by dropping 3 μL water droplets on the film surface at least 5 times.

측정된 이미지를 도 8b에 함께 나타내었다. 도 8b에 나타난 바와 같이, ×18.0의 연신비를 갖는 PP 및 6.4 wt% PP/나노클레이 나노복합체의 물 접촉각은 각각 121° 및 119°로 유사하게 측정되었다. 이러한 높은 물 접촉각은 소수성 표면을 가짐을 의미하며, 이러한 소수성 표면은 수분이 필름 표면에 흡착되거나 필름의 내부로 확산되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 시트는 90% RH의 극한 조건 하에서도 유의미하게 산소 투과성을 증가시키지 않고, 그 성능을 유지하였으며, 이는 전술한 의견을 뒷받침한다.The measured image is shown together in FIG. 8B. As shown in FIG. 8B, the water contact angles of PP and 6.4 wt% PP/nanoclay nanocomposites with a stretch ratio of × 18.0 were similarly measured to be 121° and 119°, respectively. This high water contact angle means that it has a hydrophobic surface, and this hydrophobic surface can suppress moisture adsorption to the film surface or diffusion into the inside of the film. Therefore, the sheet of the present invention did not significantly increase the oxygen permeability even under the extreme condition of 90% RH and maintained its performance, which supports the above opinion.

실험예 7: 산소 투과도에 대한 연신 순서 및/또는 (비)대칭 연신의 영향Experimental Example 7: Effect of stretching sequence and/or (a)symmetric stretching on oxygen permeability

이축 연신 공정시 연신 순서 및/또는 (비)대칭 연신에 따른 효과를 확인하고자, 동일한 배율로 연신시키되 동시에(동시 연신) 또는 MD 또는 TD 중 어느 한 방향으로 먼저 연신시킨 후 다른 방향으로 연신시켜 이축 연신된 PP/나노클레이 나노복합체의 산소 투과도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 상기 나노복합체에 함유된 나노클레이의 함량은 3.4 wt%였다.In order to check the effect of the stretching sequence and/or (a)symmetric stretching during the biaxial stretching process, stretching is performed at the same magnification but simultaneously (simultaneous stretching) or in either MD or TD direction, followed by stretching in the other direction. The oxygen permeability of the stretched PP/nanoclay nanocomposite was measured and shown in Table 1 below. At this time, the content of nanoclay contained in the nanocomposite was 3.4 wt%.

연신 배율stretch ratio 산소 투과도(cc·mm/m2·day·atm)Oxygen permeability (cc mm/m 2 day atm) 순차 연신sequential stretching 동시 연신simultaneous stretching ×9.0×9.0 62.40±0.5362.40±0.53 73.95±0.4973.95±0.49 ×13.5×13.5 57.37±1.3257.37±1.32 67.42±1.2167.42±1.21 ×18.0×18.0 50.98±1.3250.98±1.32 59.98±1.3159.98±1.31

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 최종 동일한 배율로 연신되었을 때, 양측으로 동시에 연신하는 것에 비해, 일측으로 일정 배율로 먼저 연신한 후 타측으로 연신하는 경우 보다 약 10% 가량 낮은 산소 투과도를 나타내었다. 즉, 동시 연신에 비해 순차 연신으로 제조한 나노복합체가 보다 우수한 산소 차단성을 나타냄을 확인하였다.As shown in Table 1, when stretched at the same final magnification, compared to simultaneous stretching on both sides, the oxygen permeability was about 10% lower than when first stretched to one side at a certain magnification and then stretched to the other side. That is, it was confirmed that the nanocomposite prepared by sequential stretching exhibited better oxygen barrier properties than simultaneous stretching.

또한, 양 방향에서의 연신 비율에 따른 효과를 확인하기 위하여, 최종 배율은 동일하나, 양 방향에서 다른 비율로 또는 동일한 비율로 연신하여 일련의 시편을 제조하고, 이들에 대한 산소 투과도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 표시한 최종 연신 배율을 달성하기 위하여, ×9.0은 각 방향으로 300×300의 비율로 연신한 대칭 연신만을 수행하였으며, ×13.5의 비대칭 및 대칭 연신 배율은 각각 300×450 및 367×367의 조건으로, ×18.0의 비대칭 및 대칭 연신 배율은 각각 300×600 및 425×425의 조건으로 달성하였다. 이때, 각 방향으로의 연신은 순차적으로 수행하였다.In addition, in order to confirm the effect of the stretching ratio in both directions, the final magnification is the same, but a series of specimens are prepared by stretching at different ratios or at the same ratio in both directions, and the oxygen permeability of them is measured to Table 2 shows. In order to achieve the indicated final stretching ratio, only symmetric stretching was performed at a ratio of 300 × 300 in each direction for × 9.0, and asymmetric and symmetric stretching ratios for × 13.5 were 300 × 450 and 367 × 367, respectively. , Asymmetric and symmetric stretching ratios of × 18.0 were achieved under conditions of 300 × 600 and 425 × 425, respectively. At this time, stretching in each direction was performed sequentially.

연신 배율stretch ratio 산소 투과도(cc·mm/m2·day·atm)Oxygen permeability (cc mm/m 2 day atm) 비대칭 연신asymmetric stretching 대칭 연신symmetrical stretching ×9.0×9.0 NANA 62.40±0.5362.40±0.53 ×13.5×13.5 57.37±1.3257.37±1.32 61.88±1.1761.88±1.17 ×18.0×18.0 50.98±1.3250.98±1.32 54.47±1.1954.47±1.19

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 최종 연신 배율이 동일하더라도 양측 방향으로 상이한 배율로 연신한 비대칭 연신 시편에서 보다 낮은 산소 투과도 즉, 보다 우수한 산소 차단성을 나타냄을 확인하였다.As shown in Table 2, it was confirmed that even if the final stretching ratio was the same, the asymmetrically stretched specimens stretched at different ratios in both directions exhibited lower oxygen permeability, that is, better oxygen barrier properties.

나아가, 순차 비대칭 연신의 조합과 대칭 동시 연신에 따른 효과를 보다 직접적으로 비교하기 위하여 하기 표 3에 나타난 배율로 비대칭 순차 또는 대칭 동시 연신하여 일련의 시편을 제조하고, 각각의 산소 투과도를 측정하여 함께 나타내었다.Furthermore, in order to more directly compare the effects of the combination of sequential asymmetric stretching and symmetric simultaneous stretching, a series of specimens were prepared by asymmetric sequential or symmetric simultaneous stretching at the magnifications shown in Table 3 below, and the oxygen permeability of each was measured. showed up

연신 배율stretch ratio 산소 투과도(cc·mm/m2·day·atm)Oxygen permeability (cc mm/m 2 day atm) 비대칭 순차 연신asymmetric sequential stretching 대칭 동시 연신symmetrical simultaneous stretching ×9.0×9.0 62.40±0.5362.40±0.53 73.95±0.4973.95±0.49 ×13.5×13.5 57.37±1.3257.37±1.32 71.36±1.3171.36±1.31 ×18.0×18.0 50.98±1.3250.98±1.32 67.55±1.3067.55±1.30

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 비대칭 순차 연신한 시편이 동일한 배율로 대칭 동시 연신한 시편에 비해 낮은 산소 투과도 즉, 보다 우수한 산소차단성을 나타내었으며, 그 차이는 산소 투과도를 기준으로 12 내지 17%에 달하였다.As shown in Table 3, the asymmetric sequentially stretched specimens exhibited lower oxygen permeability, that is, better oxygen barrier properties, than the specimens symmetrically and simultaneously stretched at the same magnification, and the difference was 12 to 17% based on oxygen permeability. reached

이는 이축연신시 양 방향으로의 연신 순서 및/또는 배율을 조절함으로써 동일한 함량의 나노클레이를 포함하고 동일한 배율로 이축연신된 나노복합체이더라도 순차 비대칭 연신하여 제조하는 경우 보다 우수한 산소 차단성을 달성할 수 있음을 확인하였다.By controlling the stretching order and/or magnification in both directions during biaxial stretching, even a nanocomposite containing the same amount of nanoclay and biaxially stretching at the same magnification can achieve better oxygen barrier properties than when produced by sequential asymmetric stretching. confirmed that there is

본 발명에서는, 나노클레이 함량을 6.4 wt%까지 증가시키면서 PP/나노클레이 나노복합체를 준비하였고, 이축연신을 통한 나노클레이의 거동 변화를 평가하였다. 형태적 분석을 통해, 이축연신 공정 후 PP 매트릭스 내부에 응집된 나노클레이의 분산성이 향상되었음을 확인하였다. 또한, XRD 및 TEM 분석을 통해 나노클레이의 부분적 박리를 관찰할 수 있었다. 이축연신 공정이 PP 매트릭스 내에서 나노클레이의 분산에 긍정적 효과를 미치므로, 이축연신된 PP/나노클레이 나노복합체가 기존의 연신되지 않은(un-stretched) PP/나노클레이 나노복합체에 비해 열적, 기계적 및 산소 차단성에서 우수한 성질을 나타내는 것을 확인하였다. 본 발명은 독성 시약 또는 과량의 용매를 요구하는 화학적 처리 없이 공정 방법에서의 변화만을 통해 이러한 효과를 나타낼 수 있다는 장점을 가지므로, 이축연신된 PP/나노클레이 나노복합체는 친환경적 포장재(eco-friendly packaging material)로서의 사용에 대한 우수한 잠재력을 갖는다. 나아가, 본 발명은 고분자 내에 판상형을 포함한 첨가제를 분산시키기 위한 하나의 접근법을 제공한다.In the present invention, a PP/nanoclay nanocomposite was prepared while increasing the nanoclay content to 6.4 wt%, and the change in behavior of the nanoclay through biaxial stretching was evaluated. Through morphological analysis, it was confirmed that the dispersibility of the nanoclay aggregated inside the PP matrix was improved after the biaxial stretching process. In addition, partial exfoliation of the nanoclay could be observed through XRD and TEM analysis. Since the biaxial stretching process has a positive effect on the dispersion of the nanoclay within the PP matrix, the biaxially stretched PP/nanoclay nanocomposite has thermal and mechanical properties compared to conventional un-stretched PP/nanoclay nanocomposites. And it was confirmed that it exhibited excellent properties in oxygen barrier properties. Since the present invention has the advantage of being able to exhibit these effects only through a change in the process method without chemical treatment requiring toxic reagents or excessive solvents, the biaxially stretched PP / nanoclay nanocomposite is an eco-friendly packaging material. It has excellent potential for use as a material). Furthermore, the present invention provides one approach for dispersing additives, including platelets, into polymers.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. In this regard, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention should be construed as including all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims to be described later and equivalent concepts rather than the detailed description above are included in the scope of the present invention.

Claims (10)

열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체 시트를 준비하는 제1단계; 및
상기 나노복합체 시트를 이축연신하는 제2단계;를 포함하고,
상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 또는 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 중 적어도 하나로 이루어진 것이고,
상기 이축연신은 시트의 종방향(machine direction; MD) 및 횡방향(transverse direction; TD)에서 상이한 배율로 수행되는 것이며,
상기 이축연신은 종방향 및 횡방향 중 어느 한 방향으로 먼저 연신시킨 후 타 방향으로 순차적으로 연신시키는 것인, 비연신 시트에 비해 산소 투과성이 감소된 기체차단막의 제조방법.
A first step of preparing a nanocomposite sheet in which a thermoplastic resin and 0.5wt% to 10wt% nanoclay are melt-mixed; and
A second step of biaxially stretching the nanocomposite sheet,
The thermoplastic resin is made of at least one of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or polyethylene (PE),
The biaxial stretching is performed at different magnifications in the machine direction (MD) and the transverse direction (TD) of the sheet,
The method of manufacturing a gas barrier film having reduced oxygen permeability compared to a non-stretched sheet, wherein the biaxial stretching is first stretched in one direction of the machine direction and the transverse direction and then sequentially stretched in the other direction.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 플라즈마 처리하여 표면 개질한 마이크로 입자 형태로 사용되는 것인, 제조방법.
According to claim 1,
The thermoplastic resin is used in the form of surface-modified microparticles by plasma treatment, manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 제1단계는 열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체를 170 내지 210℃에서 압축성형하여 달성하는 것인, 제조방법.
According to claim 1,
The first step is achieved by compression molding a nanocomposite in which a thermoplastic resin and 0.5wt% to 10wt% of nanoclay are melt-mixed at 170 to 210 ° C., a manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 나노클레이는 판상형의 나노클레이인 것인, 제조방법.
According to claim 1,
The nanoclay is a plate-shaped nanoclay, manufacturing method.
열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체 시트를 이축연신하여 수득한 것이고,
상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 또는 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 중 적어도 하나로 이루어진 것이고,
상기 이축연신은 시트의 종방향(machine direction; MD) 및 횡방향(transverse direction; TD)에서 상이한 배율로 수행되는 것이며,
상기 이축연신은 종방향 및 횡방향 중 어느 한 방향으로 먼저 연신시킨 후 타 방향으로 순차적으로 연신시키는 것인, 연신하지 않은 시트에 비해 감소된 산소투과성을 갖는, 기체차단막.
It is obtained by biaxially stretching a nanocomposite sheet in which a thermoplastic resin and 0.5 wt% to 10 wt% nanoclay are melt-mixed,
The thermoplastic resin is made of at least one of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or polyethylene (PE),
The biaxial stretching is performed at different magnifications in the machine direction (MD) and the transverse direction (TD) of the sheet,
The gas barrier film having reduced oxygen permeability compared to an unstretched sheet, in which the biaxial stretching is first stretched in one direction of the machine direction and the transverse direction and then sequentially stretched in the other direction.
제7항에 있어서,
동일한 함량의 나노클레이를 포함하는 연신하지 않은 시트에 비해 증가된 인장강도, 영률 및 둘 모두를 나타내는 것인, 기체차단막.
According to claim 7,
A gas barrier film that exhibits increased tensile strength, Young's modulus, and both, compared to an unstretched sheet containing the same amount of nanoclay.
산소 차단막으로서 열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체 시트를 이축연신하여 수득한 것이고,
상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 또는 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 중 적어도 하나로 이루어진 것이고,
상기 이축연신은 시트의 종방향(machine direction; MD) 및 횡방향(transverse direction; TD)에서 상이한 배율로 수행되는 것이며,
상기 이축연신은 종방향 및 횡방향 중 어느 한 방향으로 먼저 연신시킨 후 타 방향으로 순차적으로 연신시키는 것인, 기체차단막을 구비한 전자소자.
It is obtained by biaxially stretching a nanocomposite sheet in which a thermoplastic resin and 0.5 wt% to 10 wt% nanoclay are melt-mixed as an oxygen barrier film,
The thermoplastic resin is made of at least one of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or polyethylene (PE),
The biaxial stretching is performed at different magnifications in the machine direction (MD) and the transverse direction (TD) of the sheet,
The biaxial stretching is an electronic device having a gas barrier film in which stretching is performed first in one direction of the machine direction and the transverse direction and then sequentially stretched in the other direction.
산소 차단막으로서 열가소성 수지 및 0.5wt% 내지 10wt%로 나노클레이가 용융 혼합된 나노복합체 시트를 이축연신하여 수득한것이고,
상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 또는 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 중 적어도 하나로 이루어진 것이고,
상기 이축연신은 시트의 종방향(machine direction; MD) 및 횡방향(transverse direction; TD)에서 상이한 배율로 수행되는 것이며,
상기 이축연신은 종방향 및 횡방향 중 어느 한 방향으로 먼저 연신시킨 후 타 방향으로 순차적으로 연신시키는 것인, 기체차단막을 포함하는 포장재.
It is obtained by biaxially stretching a nanocomposite sheet in which a thermoplastic resin and 0.5 wt% to 10 wt% nanoclay are melt-mixed as an oxygen barrier film,
The thermoplastic resin is made of at least one of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or polyethylene (PE),
The biaxial stretching is performed at different magnifications in the machine direction (MD) and the transverse direction (TD) of the sheet,
The biaxial stretching is a packaging material including a gas barrier film in which stretching is performed first in one direction of the machine direction and the transverse direction and then sequentially stretched in the other direction.
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