PE 통기성 멤브레인의 구조적 특성 및 공정 흐름

PE 통기성 멤브레인은 새로운 유형의 방수 폴리머 소재입니다. 제조 공정상 기술적 요구사항이 일반 방수 소재보다 훨씬 높습니다. 동시에 품질 측면에서도 통기성 멤브레인은 다른 방수 소재가 갖지 못한 기능성을 보유하고 있습니다.

PE 통기성 필름은 세계적으로 빠르게 발전하고 있는 신소재입니다. 이를 통기성 필름이라고 부릅니다. 통기성과 방수성이라는 특성 덕분에 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

1. PE 통기성 멤브레인의 구조

PE 통기성 멤브레인의 주요 성분은 폴리에틸렌으로, 이는 폴리에틸렌을 합성한 고분자 소재입니다. 폴리에틸렌 생산 과정에서는 4탄소 또는 8탄소 알파올레핀을 소량 첨가해 공중합합니다. 그러나 알파올레핀의 사용량이 극히 적기 때문에 폴리에틸렌의 많은 특성이 여전히 유지됩니다.

폴리에틸렌은 흰색의 왁스처럼 반투명한 소재로, 유연하고 내구성이 뛰어나며 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 나눌 수 있습니다.

LDPE는 고압(98~250MPa)에서 에틸렌을 원료로 하여 제조되며 밀도는 약 0.91~0.92g/m³입니다. HDPE는 1.0MPa 압력에서 중합된 에틸렌으로 만들어지며 더 높은 밀도를 가지며, 어디서나 0.94~0.96g/m³입니다.

폴리에틸렌은 무독성이며 우수한 절연성을 가집니다. 유리 전이 온도는 약 -125℃입니다. 폴리에틸렌은 화학적 안정성이 뛰어나 상온에서 산과 알칼리를 견딜 수 있지만, 빛과 열에 의해 쉽게 산화되며 자외선 아래에서 광분해될 수도 있습니다. 또한 폴리에틸렌은 우수한 기계적 성질을 가지고 있습니다. 결정질 부분은 폴리에틸렌의 강도를 높여주고 비결정질 부분은 유연성을 제공합니다.

2. PE 통기성 멤브레인의 특징

비통기성 멤브레인과 비교하면 PE 통기성 멤브레인은 다음과 같은 특징을 가집니다:

1. 기체는 투과시키지만 물은 투과하지 않아 방습 기능을 가진 방수 소재로 사용 가능합니다;

2. 사용자의 환경에서 공기 대류를 적절히 개선하여 피부 호흡에 유익합니다;

3. 원료의 특성상 PE 통기성 멤브레인은 친환경적인 신소재로 환경을 오염시키지 않습니다.

3. PE 통기성 필름의 공정 흐름

공정 기술 측면에서 통기성 멤브레인의 주요 처리 방법은 두 가지입니다: 평판 사출 성형법과 압출 성형법이며, 그중 사출 성형법이 더 많이 사용됩니다.

사출 성형법의 주요 공정 흐름은 다음과 같습니다:

PE 원료 + 다공제 혼합 및 계량-압출 과립화-압출 사출-스트레칭 및 경화-냉각-재단-코일링.

PET 통기성 필름의 생산 과정에서 스트레칭 공정은 PE 통기성 필름 생산 라인 필름 성능에 중요한 영향을 미칩니다.

스트레칭 과정 중 다공제 caco3 입자와 주변 PE 폴리머 간의 결합력이 스트레칭으로 인한 PE 폴리머의 변형력보다 작아지면, 폴리머가 caco3의 가장자리를 따라 분리되어 작은 입자가 생깁니다. 이 구멍들은 액체 분자는 통과시킬 수 없지만 기체 분자만 통과시킬 수 있어 스트레칭된 필름은 방수 및 통기 기능을 갖게 됩니다.

구멍 크기는 caco3 입자의 크기, 모양, 스트레칭 방법 및 스트레칭 비율과 같은 공정 조건에 따라 조정할 수 있습니다.

스트레칭 온도가 특정 값일 때, 스트레칭 비율이 증가함에 따라 PE 통기성 필름의 공극 직경이 커지고 공기 투과성이 증가하며 스트레칭 성능은 악화됩니다. 두께가 증가하면 공기 투과성은 감소합니다.

4. PE 통기성 필름의 생산 과정에서 자주 발생하는 문제와 대책.

1 복합 강도가 약함

PE 통기성 필름의 복합 강도가 매우 낮거나 전혀 없어 고객의 요구를 전혀 충족하지 못해 제품이 폐기되는 경우가 있습니다. PE 통기성 필름의 생산 공정 특성상 표면 장력이 낮고 슬립제 함량이 높으며 표면 오염이 복합 강도 약화를 초래할 수 있습니다.

낮은 표면 장력

일반적으로 건식 복합 공정에서 PE 통기성 필름의 표면 장력은 38dyn/cm 이상이어야 사용 가능합니다.

실제로 PE 통기성 멤브레인의 표면 장력이 38dyn/cm보다 낮으면 복합 강도가 낮아지는 현상이 나타날 수 있습니다. 36dyn/cm 이하에서는 복합 강도가 극히 낮거나 아예 없어집니다.

동시에 복합 강도는 PE 통기성 필름의 두께와도 관련이 있습니다. 30마이크론 이하일 경우 36~38dyn/cm 정도에서 겨우 복합이 가능합니다. 두께가 30~50마이크론이고 표면 장력이 37dyn/cm일 때 복합 구조가 적합합니다. 예를 들어 OPP/PE의 경우 복합 효과가 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 하지만 두께가 50마이크론 이상일 경우 38dyn/cm 이하에서는 사용이 불가능합니다.

참고를 위한 몇 가지 데이터는 다음과 같습니다:

PE 통기성 멤브레인은 처음 생산될 때 표면 장력이 매우 높지만 시간이 지남에 따라 점차 감소합니다. 일반적으로 PE 통기성 멤브레인은 3~6개월간 보관 가능하지만 여름철에는 3~6개월까지 보관 가능합니다. 습기가 많은 계절의 보관 기간은 최대 2개월을 넘지 않는 것이 좋습니다.

실제로 PE 통기성 필름의 표면 장력은 두께와 주변 환경과 매우 밀접한 관계가 있습니다. 환경 온도와 습도가 높을수록 표면 장력이 더욱 빠르게 감소하며, 필름의 두께가 두꺼울수록 감소 속도가 빨라집니다.

따라서 PE 통기성 필름의 보관 기간은 일반적으로 3개월을 넘지 않도록 해야 합니다. 특히 우기철에는 더욱 주의해야 합니다. 보관 기간이 너무 길어진 경우에는 환기와 통풍에 더욱 신경 써야 하며, 재사용 시 롤별 검사를 실시하는 것 외에도 혼합 제품의 용도에 따라 복합 제품의 계속 사용 여부를 종합적으로 판단해 손실을 피해야 합니다.

첨가제의 영향

PE 통기성 필름을 영화로 만들 때, 일반적으로 사용 목적에 따라 정전기 방지제, 슬립제, 항정전기제 등 특정 첨가제를 추가해야 합니다.

이러한 첨가제는 필름 형성이나 복합 후에도 정전기가 없으며, 특히 슬립제는 일반적으로 에루카미드나 올레아미드를 사용합니다.

슬립제로 인한 복합 강도 저하의 두 가지 이유는 다음과 같습니다:

① PE 통기성 필름을 보관한 지 얼마 되지 않아 슬립제가 PE 통기성 필름의 표면으로 이동해 얇고 밀집된 층을 형성합니다. 이 두꺼운 층이 접착제와 PE 통기성 필름의 결합을 막아 접착력이 PE 통기성 필름 표면과 상호작용하지 못하게 만듭니다. PE 분자끼리 접촉하면서 초기 복합 접착력이 얕고, 경화 시간이 길어질수록 복합 강도는 크게 변화하지 않고 항상 낮거나 아예 없어집니다.

고스립 PE 통기성 필름은 특별한 요구사항에 사용해야 하며, 일반적인 상황에서는 너무 오래 방치해서는 안 됩니다. 만약 어떤 이유로 PE 통기성 멤브레인이 장기간 사용된다면, 복합하기 전에 60~70℃의 온도에서 8시간 이상 보관하는 것이 좋습니다. 이때 슬립제가 일부 분해되므로 다시 한번 확인한 후 복합하는 것이 좋습니다. 라미네이팅 시 복합 강도가 낮아지는 문제가 없지만, PE 통기성 멤브레인은 더 이상 높은 슬립성을 갖지 않게 됩니다.

② 초기 복합 접착력은 괜찮지만 경화 시간이 길어질수록 복합 강도가 점점 낮아지고 두 층 사이에 흰색 가루 형태의 물질이 나타납니다.

이는 PE 통기성 필름의 생산에 고스립성 PE 원료를 사용하기 때문입니다. 필름 내 슬립제 함량이 높아 고온(40~50℃)에서 경화 과정 중 슬립제 분자들의 이동이 심해집니다. 다수의 슬립제 분자가 필름의 양쪽 면으로 이동하게 되며, 시간이 지남에 따라 표면으로의 이동량이 점차 증가합니다. 이로 인해 접착제와 PE 분자 간의 물리적 결합 과정이 파괴되고 약한 결합력이 형성됩니다. 시간이 길어질수록 파괴력은 더욱 강해지고 복합강도는 낮아지게 됩니다.

이 경우 일반적으로 경화 온도를 높여 접착제의 가교 속도를 빠르게 하여 반응 속도가 슬립제의 이동 속도를 앞서도록 함으로써 PE 통기성 필름 내 과다한 슬립제의 부작용을 보완합니다.

표면 오염

PE 통기성 막은 일반적으로 생산 과정에서 오염되지 않지만, 한 가지 쉽게 간과되는 것이 있습니다: 다인액의 오염입니다.

많은 PE 통기성 막 제조업체들은 자체 제조한 다인액을 사용해 막의 표면 장력을 테스트합니다. 다인액은 일반적으로 무색투명한 에틸렌글리콜 모노에틸에테르의 혼합물입니다. 이 액체가 휘발 속도가 느려 안내 롤러에 우연히 오염되면, 필름이 안내 롤러를 통과할 때 열화가 발생합니다. 다인액이 PE 통기성 막의 표면에 침투해 PE 분자들과 단단히 결합하며, 복합 후 바인더 분자들과 가교되지 않아 국부적인 복합강도가 0이 됩니다. 이러한 상황은 사전 검사에서 발견하기 어려운 문제입니다.

2 복합 백점.

이 현상은 PE 유백색 필름에서 쉽게 발생합니다. 일반적으로 유백색 필름에는 일정량의 화이트 마스터배치, 즉 농축 이산화티타늄이 첨가됩니다. 색 마스터배치의 품질 차이로 인해 포함된 이산화티타늄의 입자 크기와 경도가 달라 복합 후 생산되는 유백색 필름의 품질과 표면 밝기가 다양해집니다. 만약 유백색 필름의 표면이 거칠고 측면에 구멍이 생긴다면, 이런 필름으로 복합한 제품 대부분에 백점이 나타날 것입니다. 이 문제를 해결하는 일반적인 방법은 다음과 같습니다: 하나는 접착제의 양을 늘리는 것이고, 다른 하나는 화이트 잉크를 한 층 더 찍는 것입니다. 어느 방법을 선택하든 비용이 증가하므로 PE 필름은 사용 전 엄격히 검사해야 합니다.

3 복합 후 완제품이 떫어짐

이 현상은 많은 제조업체에서 발생했습니다. 복합 제품의 자동 포장 기계가 원활히 작동하지 않거나, 만들어진 봉지가 잘 열리지 않는 경우가 있습니다.

건식 복합 공정에서는 일반적으로 2성분 반응형 접착제를 사용하며, 복합 후 고온에서 경화시켜 최고의 복합강도를 얻어야 합니다. PE 통기성 필름의 슬립제는 경화 온도 변화에 따라 변하게 됩니다. 특정 온도에서 슬립제는 화학적 변화를 겪으며 슬립 효과를 잃습니다. 날씨가 뜨거울수록 그 차이가 더욱 두드러집니다. 손실이 클수록 최종 제품은 떫어져 사용할 수 없게 됩니다.

따라서 경화실의 온도는 반드시 약 40℃로 엄격히 관리되어야 하며, 임의로 높여서는 안 됩니다. 또한 제품의 용도에 따라 적절한 성분을 선택해 수지 등급의 잘못된 선택으로 인한 떫어짐을 피해야 합니다.

4 열봉합 불량

복합 제품이 마지막 처리기를 거쳐 고객의 손에 들어간 후, 때때로 국부적인 열봉합 온도가 너무 높거나 열봉합이 제대로 이루어지지 않는 등의 문제가 발생해 심각한 경우 회수될 수 있습니다. 이러한 결과의 원인은 코로나 파괴, 높은 슬립제 함량, 재생재료의 과다 첨가 등이 있습니다.

코로나 파괴

PE 통기성 필름이 생산 과정에서 고압 방전 롤러를 통과할 때 여러 가지 이유로 필름의 일부가 파괴될 수 있습니다. 이 현상은 종종 세로 줄무늬 형태로 나타나며 위치는 대개 고정됩니다. 표면 장력 값은 일반적으로 매우 높습니다. 파괴된 열덮개는 복합 표면과 같은 극성 그룹을 가진 물질을 형성하기 때문에 이 물질은 열봉합성이 없습니다. 따라서 봉지 제작이나 자동 포장 시 사용하면 국부적인 열봉합 불량이 발생합니다. PE 통기성 막은 공장에 들어오기 전 복합 표면 장력 값을 검사 항목으로 추가해 이러한 현상을 예방합니다.

높은 슬립제 함량

PE 통기성 필름의 열봉합층에 슬립제 함량이 높으면, 다량의 슬립제가 PE 통기성 필름 표면에 침전해 밀집된 층을 형성하고, 이로 인해 PE 통기성 필름의 열봉합이 방해받게 됩니다.

유통기한이 지난 PE 통기성 막을 사용할 경우 이와 같은 현상이 발생할 수 있습니다. 따라서 고객의 특별한 요구에 맞는 적절한 수지 등급을 선택하고, 고스립성 제품에는 폐막을 가능한 사용하지 말아야 합니다. 이 현상이 발생한 후에는 용매를 사용해 열덮개를 반복적으로 닦아주면 효과가 개선됩니다.

재생재료의 과다 첨가

비용 절감을 위해 PE 통기성 막 생산 시 일정량의 재생재료를 첨가하는 경우가 많습니다. 재생재료는 일반적으로 두 번 이상 고온에서 재생됩니다. 여기에는 일정량의 불순물이 포함되어 있습니다. 막이 다시 제작된 후 열봉합 성능이 크게 향상되며, 열봉합 온도는 일반적으로 5~10℃ 상승합니다. 실험에 따르면 열봉합층 재생재료의 첨가량이 30%일 경우 PE 통기성 필름의 열봉합 온도는 3~5℃ 상승하고, 첨가량이 50%일 경우 열봉합 온도는 6~10℃ 상승합니다. 일반적으로 필름 제조사는 열봉합층에 재생재료를 가능한 첨가하지 말 것을 권장합니다.

5. PE 통기성 막의 적용 범위

PE 통기성 막은 부드럽고 편안한 물리적·기계적 특성 덕분에 뛰어난 인장 및 신율 특성을 가지고 있습니다.

대표적인 적용 분야는:

• 생활용품: 비옷, 정장 커버, 아이 마스크, 식탁보, 샤워캡, 샤워커튼, 물주머니, 식탁보 등;
• 위생용품: 종이 기저귀, 생리대, 의료용 가운, 의료 및 식품 포장용 특수 포장 등;
• 포장용품: 컴퓨터, 에어컨 기기, 방진 커버, 자동차 커버, 화장품 소프트 포장, 쇼핑백, 선물백, 서류철 등;
• 패션 포장: 화장품 가방, 고급 문구류, 침 떨어지는 어깨, 옷장, 낚시 가방, 핸드백 및 가방 등.