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<p style="text-align: center;"><span data-ke-size="size20">제2장 Heat seal의 화학</span></p><p style="text-align: justify;"> </p><p style="text-align: justify;">플라스틱에는 가열에 의해 고체에서 액상화하여 재냉각에 의해 원래의 고체상으로 돌아오는 열가소성과 가열에 의해 연화하여 유동성을 일으킨 후에 축합, 경화하여 불용융으로 되는 열경화성으로 나타낼 수 있다. 열가소성 플라스틱은 가열에 의해 용융하고, 냉각하면 원래 상태로 돌아온다. HS는 주재료 계면이 용융상태로 접착하고 냉각하여 강고한 접착으로 된다.</p><p style="text-align: justify;"> </p><p style="text-align: justify;"><span data-ke-size="size18">2.1 </span><span data-ke-size="size18">플라스틱 재료의 열가소성의 이용</span></p><p style="text-align: justify;">플라스틱의 열적 특성에 따른 분류를 표 2.1에 나타내었다.</p><p style="text-align: justify;"> </p><p style="text-align: justify;">표2.1 플라스틱의 종류(가열에 의한 거동분류)</p><div class="table-wrap"><table data-ke-type="table" data-ke-align="alignLeft" style="width: 100%;" border="1"><tbody><tr><td style="text-align: center;" rowspan="3">플라스틱</td><td style="text-align: center;" rowspan="2">열가소성 수지</td><td style="text-align: center;">결정성</td><td>PE, PP, PA, POM(polyacetal), 폴리염화비닐리덴,<br>선상 폴리에스터</td></tr><tr><td style="text-align: center;">비결정성</td><td>PVC, PS, 메타크릴 수지, PC, 염산비닐 수지</td></tr><tr><td style="text-align: center;" colspan="2">열경화성 수지</td><td>페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지,<br>불포화 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 폴레우레탄</td></tr></tbody></table></div><p style="text-align: justify;">HS에 이용되는 것에는 열가소성 플라스틱으로 결정성과 비결정성으로 분류된다. 결정성 플라스틱은 분자가 3차원적인 규칙적으로 배열해 있는데, 비결적성의 플라스틱은 불규칙적으로 늘어서 있다. 일반적으로는 비결정성 플라스틱은 비결정성의 틈 사이가 가시광선의 파장에 비해 꽤 크기 때문에 투명하다.</p><p style="text-align: justify;">플라스틱이 갖는 용적, 열팽창, 비열, 열전도, 탄성률의 물성은 온도에 의해 현저한 변화가 나타난다. 비결정성에서는 유리전이온도(Tg), 결정에서는 액상화 하는 용융온도(Tm)가 특이점이다. 이 발현온도는 재료에 따라 다르다. 포장재료에서는 결정성과 비결정성 플라스틱을 혼합하거나 복합하여 이용하는 경우가 있기 때문에, 재료의 안에 Tg와 Tm이 공존한다. 액상화 하는 용융온도은 가장 강한 접착을 발현시키는 적정 가열온도와 이어진다. 탄성률의 변곡점의 Tg는 HS선의 파괴 용이에 관계하는 것이다. 표2.2에 대표적인 열가소성 플라스틱의 융점을 나타내었다. Tg, Tm과 접착이 발현하는 용착면 온도대의 사례를 표2.3에 나타내었다.</p><p> </p><p>표2.2 대표적인 열가소성 플라스틱의 융점</p><div class="table-wrap"><table data-ke-type="table" data-ke-align="alignLeft" style="width: 100%;" border="1"><tbody><tr><td style="text-align: center;">고분자명</td><td style="text-align: center;">반복 단위</td><td style="text-align: center;">융점(℃)</td></tr><tr><td style="text-align: center;">폴리에틸렌</td><td style="text-align: center;">-CH2CH2-</td><td style="text-align: center;">140</td></tr><tr><td style="text-align: center;">폴리프로필렌</td><td style="text-align: center;">-(CH3)CHCH2-</td><td style="text-align: center;">180</td></tr><tr><td style="text-align: center;">폴리염화비닐</td><td style="text-align: center;">-CH2CHCl-</td><td style="text-align: center;">273</td></tr><tr><td style="text-align: center;">폴리스틸렌</td><td style="text-align: center;">-CH2CH(C6H5)-</td><td style="text-align: center;">250</td></tr><tr><td style="text-align: center;">폴리비닐알코올</td><td style="text-align: center;">-CH2CH(OH)-</td><td style="text-align: center;">270</td></tr><tr><td style="text-align: center;">나일론6</td><td style="text-align: center;">-(CH2)5CONH-</td><td style="text-align: center;">228</td></tr></tbody></table></div><p> </p><p>표2.3 대표적인 플라스틱 포장재료의 Tm과 HS 강도가 발현하는 용착면 온도대</p><div class="table-wrap"><table data-ke-type="table" data-ke-align="alignLeft" style="width: 100%;" border="1"><tbody><tr><td style="text-align: center;">재료명</td><td style="text-align: center;">용융온도<br>(Tm)</td><td style="text-align: center;">유리전이온도(Tg)<br>연화온도</td><td style="text-align: center;">HS 강도가 발현하는 용착면 온도(℃)</td></tr><tr><td style="text-align: center;">폴리에틸렌<br>(저밀도)</td><td style="text-align: center;">102~115℃</td><td style="text-align: center;">75~86℃<br>(연화온도)</td><td style="text-align: center;">100~</td></tr><tr><td style="text-align: center;">폴리프로필렌<br>(레토르트 파우치)</td><td style="text-align: center;">155~170℃</td><td style="text-align: center;">150~155℃<br>(연화온도)</td><td style="text-align: center;">140~</td></tr><tr><td style="text-align: center;">폴리프로필렌<br>Co-polymer</td><td style="text-align: center;">-</td><td style="text-align: center;">-</td><td style="text-align: center;">116~</td></tr><tr><td style="text-align: center;">생분해 플라스틱<br>(PLA)</td><td style="text-align: center;">165~170℃</td><td style="text-align: center;">57℃</td><td style="text-align: center;">62~</td></tr></tbody></table></div><p style="text-align: justify;">열접착층(heat sealant)으로 자주 이용되는 PE, PP의 용융은 100~150℃에서 일어나는데, 폴리아미드(나일론)이나 PET는 170℃ 이상이다.</p><p style="text-align: justify;">염가가 요구되는 경우에는 PE나 PP가 단독으로 사용되고 있는 것도 많은데, 기능을 증가시키기 위해서, 이 온도의 다른 점을 이용하여 나일론, PET를 표층 재료로서 사용하고, 접착층에 PE, PP를 사용하는 라미네이션이 행해지고 있다.</p><p style="text-align: justify;"> </p><p style="text-align: justify;"><span data-ke-size="size18">2.2 HS</span><span data-ke-size="size18">의 접착</span></p><p style="text-align: justify;"><span data-ke-size="size18">2.2.1 HS</span><span data-ke-size="size18">의 접착 결합력</span></p><p style="text-align: justify;">접착의 거시적인 분류는 도1.1에 나타내었다. 접착강도의 발현에 관계하는 미시적인 요소는 다음의 항목이다.</p><p style="text-align: justify;">① 화학 결합력</p><p style="text-align: justify;">② 수소 결햡력</p><p style="text-align: justify;">③ 분자간력</p><p style="text-align: justify;">④ 투묘(投錨)효과</p><p style="text-align: justify;">⑤ 상호 확산</p><p style="text-align: justify;">일반 접착에서는 화학결합이 주된 것이나, 그 외 결합이 복합적으로 작용하여 강고한 접착을 내고 있다. 열가소성 플라스틱을 이용한 HS는 분자간력이 주체적으로 작용하는 접착이고 화학 결합에 비하여 약하고 분자간력(van der waals force)는 분자간 거리의 6승에 반비례하기 때문에, 분자간 거리가 멀수록 크게 감소하는 결합력이다.</p><p style="text-align: justify;"> </p><p style="text-align: justify;"><span data-ke-size="size18">2.2.2 HS</span><span data-ke-size="size18">의 접착면 모델</span></p><p style="text-align: justify;">HS의 접착면은 열가소성 플라스틱이 물리적으로 용융하여 접착면의 고분자가 “서로 얽히다” 혹은 “박아 넣다” 이런 현상을 일으키는 것이다.</p><p style="text-align: justify;">HS의 접착면은 한 몸체의 모양이 아니고 미세한 섬상 spot 결합의 집합체이다. 온도의 상승과 함께 결합 spot가 증가한다. 접착층이 용융하고, 접착이 발생하는 가열 온도 부근에서는 가열 온도의 상승과 합께 접착면의 용융면적이 증가하고 용착 강도가 증대하여 일정하게 된다.</p><p style="text-align: justify;">온도 상승과 함께 접착강도가 나오는 부위의 채취 시료의 접착면에 힘을 가하면 계면부터 박리가 일어나기 때문에 peel seal이라고 부르고 접착강도가 일정하게 되는 영역에서는 분자가 상호 섞여서 접착면이 명확하게는 존재하지 않기 때문에, 큰 접착강도가 발현한다. 찢어짐 seal의 인장강도는 재료의 늘어나는 응력과 동등하거나 조금 크고, 접착층은 파괴되지 않는다. 찢어짐 seal의 파괴는 접착부의 주변에서 일어나기 때문에 tear seal이라고 불린다(도1.5 참조). Peel seal과 tear seal의 접착면의 모식도를 도2.1에 나타내었다.</p><p style="text-align: justify;">Peel seal의 메커니즘의 해석은 8.5에서 실측 데이터를 근본적으로 설명한다. 접착면 및 응집 접착층은 수㎛ 이하로 성립한다.</p><div class="figure-img" data-ke-type="image" data-ke-style="alignCenter" data-ke-mobilestyle="widthOrigin"><img src="https://t1.daumcdn.net/cafeattach/1ZYdx/8a76dd459284907884266899c89b0ab0580ec426" class="txc-image" width="745" height="489" data-img-src="https://t1.daumcdn.net/cafeattach/1ZYdx/8a76dd459284907884266899c89b0ab0580ec426" data-origin-width="1015" data-origin-height="666"><div class="figcaption">도2.1 Peel seal과 tear seal의 접착면의 모식도</div></div><p style="text-align: justify;">그림: 경기도 광주에 거주하시는 김도이 화백이 협찬해 주셨습니다.</p>
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