제8장 HS 기능의 확인과 향상 방법 - 4(Heat sealant의 두께와 HS 강도)

[YDfamily]

8.2 Heat sealant의 두께와 HS 강도

8.2.1 서언

열용착은 HS선에 인열 응력을 걸 때에 발생하는 박리 또는 찢어짐의 2종류 크게 나눌 수 있다. Heat sealant가 연화/반용융의 상태로 상대하는 용착면이 압착되면 양방의 용착면에 마이크로미터의 “파고 듦”이 일어나고, 그 상태에서 냉각하면 마찰 접착의 peel seal이 발생한다.

한편, 용융온도보다 높은 영역에서는 heat sealant는 액상으로 되어 상대하는 heat sealant는 혼합상태로 된다. 그리고, 냉각되면 heat sealant가 일체화하기 때문에, 인열 응력에 의해 HS선의 edge가 끊어지는 찢어짐으로 된다(도1.4 참조). 포장 pouch의 HS를 행하는 경우에는 일정 응력으로 파단하는 tear seal에서는 핀홀이나 파대가 일어나기 쉽기 때문에 HS선의 미세 부분에 부가되는 집중응력을 박리에 의해 분산/소비 가능한 peel seal의 적용이 좋다.

Peel seal의 접착에서는 고분자의 열정 구조 간에 파고 듦이 일어나고 있다고 추정되기 때문에 접착성의 발현은 micro meter 이하의 수준이 예측된다.

본항에서는 heat sealant에 PP계의 co-polymer를 공압출 성형한 재료를 사용하여 peel seal 영역에서의 heat sealant의 두께와 HS 강도 발현의 관계의 검토 결과를 제시한다.

8.2.2 co-polymer에 의한 peel seal 발현 메커니즘의 고찰

도8.7에 제시한 것과 같이 PP에는 메틸(methyl)기(CH3)와 수소의 결합배열에 규칙성이 있는 isotactic(아이소테틱)과 불규칙한 atactic(아테틱)이 있다. 전자는 결정성이기 때문에 강하고 딱딱하다. 후자는 탄력성이 있는 물성을 갖고 있다. 용착 특성도 다르고, PP의 중합 과장에서의 에틸렌(ethylene) 등의 첨가에 의한 co-polymer의 생성을 이용하여 peel seal 온도대를 확대하는 노력이 오래전부터 행해오고 있다. Metallocene 촉매에 의해 co-polymer의 개질은 한층 합성의 제어가 쉬어지게 되고, HS 조절에 이용되고 있다.

PP의 co-polymer는 저온영역에서 우선 PE의 부위의 용융이 시작되고, 가열온도가 상승하면 모재의 용융이 발현하도록 설계되어 있다. PP의 co-polymer는 heat sealant의 이용에 대응하여 수종의 성분을 혼합하여 적용하는 것이 가능하기 때문에 peel seal로의 적용은 넓혀가고 있다.

Co-polymer의 용융이 시작하는 저온영역에서의 HS의 발현 거리는 고분자의 1 unit의 크기부터 1/10~1/100㎛로 추정된다. Heat sealant의 마무리 제조 공정의 실력을 고려하여 peel seal의 완성에는 heat sealant의 두께는 수 ㎛ 이라면 충분하다고 생각된다.

도8.7 폴리프로필렌 메틸기와 수소의 배열

8.2.3 실험용 자재의 구조

이 실험에서는 주로 heat sealant의 두께에 주목하여 실험재료를 선택하였다.

Heat sealant와 모재와의 lamination 강도의 영향을 받기 어려운 공압출 필름 샘플을 이용하였다. HS 강도만을 측정하기 위해서는 측정하는 HS 강도보다 수배 큰 응력에도 변형하지 않는 모재와 두께가 다른 heat sealant 샘플이 필요하게 된다. 본 실험에서는 PP와 co-polymer의 heat sealant를 공압출 하여 제조한 니혼폴리에스(현재 Futamura 화학으로 인수되어 있음)의 “니혼폴리에스”(상품명: NT)를 사용하였다. 시험 재료의 구조의 개요를 표8.1에 나타내었다.

표8.1 실험용 자재의 구조

샘플 코드	Sealant의 두께(㎛)	전체 두께(㎛)
A: 20T B: 30T C: 50T D: 60T	3.5 4.2 6.4 7.5	20 30 50 60