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플라스틱 필름에서 기체 투과의 원리 및 차단성 향상 기술
Gas Permeation Mechanism and Technical Trend for High Shielding Properties of Plastic Films 원문보기

접착 및 계면 = Journal of adhesion and interface, v.17 no.4, 2016년, pp.155 - 162  

조성근 (한국화학연구원 화학소재솔루션센터) ,  조태연 (한국화학연구원 화학소재솔루션센터) ,  함동석 (한국화학연구원 화학소재솔루션센터) ,  이상진 (한국화학연구원 화학소재솔루션센터) ,  이재흥 (한국화학연구원 화학소재솔루션센터)

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문제 정의

  • 이 외에도 최근에는 양자점을 적용한 LCD TV가 출시됨에 따라 양자점 필름의 보호를 목적으로 중간 수준의 성능인 10-2~10-3 g/m2⋅day의 WVTR 값을 갖는 기체 배리어 필름이 적용되고 있고(Figure 1), 또한 전자부품의 포장용 또는 공정용으로도 사용이 증가되고 있다. 본 고에서는 플라스틱 필름에서 기체가 투과되는 메커니즘에 대해 살펴보고, 기체 차단 필름의 제조방법과 주요 용도에 대해 소개하고자 한다.
  • 지금까지 고분자 필름 구조와 기체투과 메커니즘, 기체 차단막 형성을 통한 배리어성 향상 기술에 대해 다양한 코팅법의 원리와 함께 간략히 살펴보았다. 이런 배리어 필름은 식품의 저장 안정성 및 상품성을 높이기 위해 사용량이 급격히 늘고 있고, 최근에는 의약품 포장재와 건축 단열재와 같은 산업용을 포함하여, 태양전지 및 2차전지 등 다양한 분야로의 용도확대가 진행 중이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고분자의 내부 구조의 무정형 영역에서 기체 투과가 이루어지는 이유는 무엇인가? 일반적으로 고분자의 내부 구조는 결정 영역(crystal domain)과 무정형 영역(amorphous domain)으로 구분되고, 가스 투과는 대부분 무정형 부분에서 일어나게 된다. 이 무정형 영역에서 기체 투과가 이루어지는 것은 필름이 비다공질이라 하여도 고분자의 주쇄 사이에 보통 자유 체적(free volume)이라 불리는 ‘투과하는 기체 분자(수분 또는 산소 등) 보다 큰 공간(공극)’이 많이 존재하기 때문이다. 필름에서의 기체 투과 메커니즘은 가스분자가 필름 내부로 용해(dissolve) 되어가는 과정과 다시 필름 내부로 확산(diffuse)되는 과정으로 구분할 수 있다.
필름에서 기체 투과 메커니즘은 어떻게 구분되어 있는가? 이 무정형 영역에서 기체 투과가 이루어지는 것은 필름이 비다공질이라 하여도 고분자의 주쇄 사이에 보통 자유 체적(free volume)이라 불리는 ‘투과하는 기체 분자(수분 또는 산소 등) 보다 큰 공간(공극)’이 많이 존재하기 때문이다. 필름에서의 기체 투과 메커니즘은 가스분자가 필름 내부로 용해(dissolve) 되어가는 과정과 다시 필름 내부로 확산(diffuse)되는 과정으로 구분할 수 있다. 용해 과정은 다시 기체분자가 필름 표면에 흡착하는 과정과 내부로 혼입하는 단계로 나누어 생각할 수 있으며, 이어서 농도 구배에 의해 기체 분자의 연속적인 이동을 통해 확산되어진다고 알려져 있다.
기체 차단 필름의 수분 차단성은 용도에 따라 어떻게 요구되는가? 이런 식품 포장용 뿐만 아니라 최근에는 플라스틱 필름을 베이스로 한 액정 표시패널 또는 유기발광 다이오드(OLED) 등의 유연한 디스플레이의 개발이 가시화되면서 식품용과는 차원이 다른 높은 수준의 기체 차단성을 요구하고 있다. 실제 식품포장용으로 사용되기 위해서는 수증기투 과율(WVTR) 기준 100~10-1 g/m2⋅day 수준의 차단 능력으로 충분했지만 플렉서블 디스플레이에 적용되기 위해서는 10-5~10-6 g/m2⋅day의 높은 수분 차단성과 함께 높은 가시광 투과율이 요구된다[1]. 이를 위해 기존 식품용으로 사용되고 있는 PVDC (polyvinylidene chloride), EVOH (ethylenevinylalcohol copolymer), PE (polyethylene) 등을 이용한 고분자 적층 필름이나, PP (polypropylene) 또는 PET (polyethylene terephthalate) 등의 기재 필름[2,3] 위에 단순 유기막 코팅 또는 알루 미늄 증착 등의 방법으로는 이런 고성능의 구현이 사실상 불가능하며, 기재 및 유, 무기 적층을 통한 고정밀 코팅기술과 구조 제어 기술이 필요하게 되었다[4].
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참고문헌 (36)

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  3. A. Arora and G. Padua, J. Food Sci., 75(1), 43-49 (2010). 

  4. Association of International Metallizers, Coaters and Laminators, in AIMCAL Fall Technical Conference 2005, South Carolina, USA, p. 606 (2005). 

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  11. V. S. Nechitalio, International Journal of Polymeric Materials, 6, 171-177 (1992). 

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  32. 森孝博, 工業材料, Tokyo, 63(1), 22-27 (2015). 

  33. 永井一淸, Polyfile, 51(609), 20-22 (2014). 

  34. H. Zwrvos, in Barrier Layers for Flexible Electronics 2015-2025, IDTechex, UK, 31-36 (2014). 

  35. T. W. Kim, M. Yan, A. G. Eriat, P. A. McConnelee, M. Pellow, J. Deluca, T. P. Feist, A. R. Duggal, and M. Schaepkens, J. Vac. Sci. Tech., A23(4), 971 (2005). 

  36. 森孝博, 工業材料, Tokyo, 64(10), 18-25 (2016). 

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