포장분야에 있어서 최근의 시장니즈는 제품에 보다 고성능, 고기능의 것을 요구하는 한편 포장으로서의 안전성, 위생성, 리사이클성 등도 동시에 요구되고 있다. 이러한 시장 요구특성에 부합하기 위해 포장재료에 있어서 핵심재료로 사용되고 있는 종이(紙)나 플라스틱 필름의 많은 것들이 단일재료로 사용되지 않고 다른 재료를 붙혀(라미네이트) 활용되고 있다. 이것은 포장 재료에 요구되는 특성이 생활환경의 변화나 물류시스템의 합리화 등에 의하여 복잡하고 고도화되어 단일재료로서는 이를 만족시킬 수 없기 때문이다. 특히 방습성, 방수성, 내유성, 내열성, 가스배리어성에 인쇄특성까지 각종 기능 몇가지를 동시에 만족시키는 데는 포장재료의 조합이 필요하다. 라미네이트는 2개 이상의 다른 재료를 접착제 등으로 접합시켜 각각의 뛰어난 재료특성을 이용하는 것이다. 따라서 포장분야에 있어서 접착제는 핵심적인 기능을 담당하면서 포장용 제품의 품질이나 생산성 향상에 기여하고 있다. 라미네이션에 사용되는 대표적인 기재는 다음 <표1>과 같다.

필름의 기재는 습윤성의 개선을 위해 인라인이나 오프라인으로의 표면처리(코로나, 오존, 프라이머 처리 등에 의해 36~38 dyn/cm 이상의 습윤지수 확보가 바람직하다.)가 실시되는 것이 많다. 재료구성에 있어서도 변화가 이루어지고 있다. 예로서, 레토르트의 대표적인 기재구성으로서는 히트실이 가능한 內層(CPP)으로부터 외장용으로 ①CPP/Ny/Al/PET ②CPP/Al/Ny/PET ③CPP/Ny/PVDC/Ny 등이 일반적이지만, 최근에는 리사이클의 관점에서 脫알루미늄의 방향으로, 소각안전성의 관점에서 脫염화비닐리덴의 방향으로 이행되고 있다. 각각의 대신으로 실리카나 알루미나의 투명증착필름, EVOH 등의 배리어 필름이 사용되고 있어, 접착에 요구되는 조건도 변하고 있다.

<표1> 라미네이션용 주요 기재

라미네이션의 방법의 분류와 표준라인스피드 및 표준 접착제 도포량은 다음 <표2>와 같다.

<표2> 라미네이션방법에 따른 표준라인스피드 및 도포량

濕式 라미네이션은 수성형 접착제 또는 에멀젼형 접착제를 기재에 도포하고, 접합할 재료를 바로 접합시킨 다음 드라이어를 통하여 건조하여 권취하는 방법이다. 습식 라미네이션의 장점과 단점은 다음과 걑다.

장점으로서는 ①용제가 함유되어 있지 않아 화재의 위험성이나 인체에의 유해성이 없다. ②생산성이 뛰어나고 접착제관련 비용도 적게 들기 때믄에 제품코스트를 낮출 수 있다. ③수성이어서 취급이 간편하고 작업성도 좋다. 반면 단점으로서는 ①적어도 기재의 한쪽이 다공질이어야 한다. ②수분을 건조시켜야 하기 때문에 열에너지를 필요로 한다. ③보일 식품 등 내수성을 요구하는 용도에는 적합하지 않다.

접합시키는 재료로서는 지, 판지, 알루미늄박, 플래스틱 필름, 셀로판, 布 등이다. 그 중에서도 지와 알루미늄박의 조합은 담배 포장 등에서 보여지는 바와 같히 습식 라미네이션의 대표적 제품이다.

현재 사용되고 있는 습식라미네이션용의 대표적인 접착제로서, 에멀젼형으로는 초산비닐수지계, 아크릴산에스테르공중합수지계, 에틸렌초산비닐수지계, 아이오노머수지계, 우레탄수지계가 있고, 라텍스형으로는 천연고무계(NR), 스티렌부타디엔고무계(SBR), 아크릴니트릴부타디엔공중합고무계(NBR) 등이 있다.

일반적으로 초산비닐수지계 에멀젼형 접착제는 폴리비닐알콜(PVA)을 보호콜로이드로 사용하여 초산비닐모노머를 유화중합시킨 것이다. 접착제 중에는 이밖에 계면활성제, 가소제, 방부제 등이 배합된다. 지, 알루미늄박, 폴리비닐알콜 필름 등 극성이 높은 피착재의 라미네이트에 적합하다. 사용하는 폴리비닐알콜의 종류나 양, 사용방법에 따라 점도, 점성, 접착성 등을 조절할 수 있다. 작업성면에서 오픈타임이 길어 초기접착성이 좋은 것이, 또 성능면에서는 에멀젼의 약점인 내수성의 향상 등이 요구되고 있다.

초산비닐수지는 극성이 높고 글래스전이온도가 30℃로 실온보다 높다. 이 때문에 가소제 등의 첨가에 의해 폴리머를 가소화하고 있지만, 극성이 낮은 플래스틱 필름의 접착이 어렵다. 그래서 에틸렌이나 아크릴산에스테르 등과 공중합시켜 글래스 전이온도를 낮춤으로써 피막에 유연성을 부여해 플라스틱 필름에 대한 접착성을 향상시키는 것이 가능하다. 또 플라스틱에 대한 접착성을 바꾸지 않고 내열성을 부여하는 방법으로서 가교제의 활용도 행해지고 있다.

아크릴산에스테르類는 종류가 많고, 그 조합으로 다양성을 얻을 수 있다. 초산비닐이나 불포화 카본산(아크릴산, 메타아크릴산 등)과의 공중합에 의해 접착성이나 점성의 제어가 가능하다. 내열성의 향상을 위해 가교성을 갖는 모노머와의 공중합이나 경화제도 병용할 수 있다. 또 접착성의 향상을 위하여 점착부여수지의 배합도 가능하다. 폴리올레핀계 필름 등의 難접착피착재의 접착에 사용할 수 있다.

수분산형의 폴리우레탄계 라미네이트 접착제는 2액 타입의 접착제가 고성능이다. 難접착필름인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론 등을 위시해 알루미늄박, 금속증착 폴리에스테르 등에 적합하다. 포토라이프가 길어 3일 정도 사용이 가능하다. 점도를 낮게 할 수 있어 글라비아코트가 가능하다. 식품포장재료에 사용되는 것이 많아서 위생성 등에 대응할 수 있도록 설계되고 있다.

고무계 라텍스형 중에서 많이 쓰이고 있는 것이 천연고무계, SBR계, NBR계이다. 어느것이나 점착성부여수지나 합성수지계 에멀젼 등으로 변성시킨 것이다.

라미네이트용으로서의 불휘발분은 25 ~ 65% 정도이다. 초기접착성을 필요로 하는 경우에는 불휘발분을 높게 하지만, 코터 상에서의 건조가 빠르게 되어 접착제의 관리를 필요로 한다. 한편, 라미네이트의 칼(고수머리칼형)를 방지하는 데는 불휘발분을 낮게 하여 부착량을 적도록 한다. 기재의 종류, 생산조건 등을 고려하여 농도를 결정할 필요가 있다.

에멀젼의 점도는 일반적으로 농도가 높고 입자크기가 적을 수록 높게 되지만, 셰어(전단)에 의해 점도가 저하하는 경향이 있다. 코터의 운전 중에 셰어에 의해 점도가 변화하면, 도포량이 고르지 못해 품질불량의 원인이 된다. 높은 전단에서의 점도 저하가 적은 뉴토니언한 유동을 갖는 에멀젼이 필요하다.

라미네이트속도가 빠르게 되면 접착제의 비산이 발생하기 쉽게 된다. 이것을 방지하기 위해서는 폴리비닐알콜, 전분, 카제인 등의 수용성 고분자 첨가가 유효하다. 에멀젼의 유동성 면에서는 틱소트로피한 것보다 뉴토니안의 것이 좋다.

라미네이트하는 데는 일반적으로 초기 접착성이나 생산성에서 보면 건조속도가 빠른 쪽이 좋다. 에멀젼 농도를 높게 한다든가, 도공량을 늘린다든가 하지만, 어떤 사정으로 운전을 정지하는 경우에는 코터 상에서 접착제 피장이 일어나지 않도록 주의할 필요가 있다. 이러한 경우, 다른 물성에 영향을 주지 않는 범위에서 입자크기를 큰 쪽으로 시프트한다든가, 造膜性을 억제한다든가, 保水性을 높게 한다든가 한다. 수용성 고분자나 에틸렌글라이콜의 첨가가 유효하다.

롤코터에서의 라미네이트는 반드시 거품일기(發泡)문제가 항상 생긴다. 일반적으로는 소포제를 사용하지만, 근본적으로는 에멀젼의 유화계에서 발포가 잘 안이루어지는 계면활성제 또는 폴리비닐알콜과의 조합의 활용을 검토할 필요가 있다. 또 에멀젼의 기계적 안정성을 좋게 하면 발포의 문제를 줄일 수 있다.

라미네이터, 피착재의 종류에 따라서는 壓締를 충분히 하지 않는 케이스가 있다. 이같은 경우, 도포되면서부터 최종적인 압체가 이루어지기 까지의 사이를 습한 상태로 보지하여 태크가 있다고 하는 에멀젼이 필요하게 된다. 수용성 고분자의 첨가가 유효하다.

初期 접착성은 조막하기 쉽고, 반건조 상태에서 피막 강도가 강한 것이 필요하다. 습식 라미네이트에서는 초기접착성이 나쁘면 라미네이트품에 주름이 생겨나 마무리에 문제가 있고, 생산속도도 오르지 않는다.

냉동용 골판지 등 耐水性이 요구되는 케이스가 있다. 유화제의 종류에 따라서는 내수성의 부여가 가능하다. 보호콜로이드계에서는 완전 검화 폴리비닐알콜의 사용이, 계면활성제계에서는 열경화 시스템의 도입 등이 유효하다. 또 내수성이 필요한 경우는 2액 타입이 사용된다.

耐熱性은 라미네이트의 가공공정이나 최종제품에 요구되는 것이 있다. 골판지의 라이너나 식품포장재용이 대표적인 예이다. 내열성을 부여하기 위해서는 폴리비닐알콜, 전분의 첨가 나 열경화성 모노머의 공중합 또는 2액 타입으로 하는 등의 방법이 있다.

플래스틱 필름의 라미네이트에서 작업온도가 낮으면 박리를 일으키기 쉽다. 또 라미네이트품에 있어서도 저온 시의 접착성이 문제가 되는 경우가 있다. 耐寒性 부여에는 일반적으로 가소제의 첨가나 소프트 모노머(저Tg 모노머)를 공중합하는 방법이 쓰여진다.

<표3> 주요 알루미늄포일 습식 라미네이션제품

乾式 라미네이션은 기재의 표면에 용제형 접착제를 도포하고, 熱風 건조 또는 가열에 의하여 용제를 증발시켜 건조시킨다. 다음에 맞붙힐 재료를 겹쳐 놓고 가열압착하면서 접착하는 방법이다. 대부분의 필름의 접합이 행해지고, 폭넓은 재료의 구성이 가능하다. 접착제를 사용하는 방법으로 가장 널리 채용되고 있다.

건식 라미네이션의 장점으로는 ①대부분의 플래스틱 필름, 알루미늄박 등에 적용할 수 있고, ②고속 생산이 가능하다. ③접착제의 종류나 도포량을 선정함으로써 필요한 성질을 갖는 포장재료 제조가 가능하다. 단점으로서는 ①용제형 접착제를 사용하기 때문에 인화성이나 작업자의 안전위생에 주의가 필요하다. ②제조코스트는 습식 라미네이션보다 높다. ③건조가 불충분하면 용제 냄새가 남는다.

① 건식 라미네이트 기계적성이 좋은 것

② 접착제가 피착재나 글라비아 잉크를 침식하지 않는 것

③ 다종류의 필름이나 글라비아 잉크와 충분한 접착성을 갖는 것

④ 초기접착력이 좋고, 안정한 경화속도가 있는 것

① 복합 필름이 칼하지 않는 것

② 히트실 공정이나 열 성형공정에 견딜 수 있는 것

③ 진공포장 및 자동충진포장 시에 필요한 허리기능과 플렉시빌리티를 갖는 것

④ 유연성 또는 경도 등의 촉감이 있는 것

① 식품위생 상의 안전, 무해한 것

② 보일 멸균, 레토르트살균에 견딜수 있는 것

③ 내수, 내습, 내유, 내알카리, 내산 등에 뛰어난 것

① 투명성이나 무변색인 것

② 값이 싼 것

건식 라미네이트용 접착제로서 다양화된 기능을 동시에 만족시키는 접착제는 폴리우레탄계가 가장 적당하다. 그 특징은 다음과 같다.

① 플래스틱필름, 알루미늄박, 지, 셀로판 등에 강력하게 접착한다.

② 폴리우레탄계 용제형 접착제는 비교적 낮은 점도이고, 기재에 대한 습윤성과 투명성이 양호해 라미네이트품의 마무리가 좋다.

③ 경화 후의 접착제 피막은 각종 내성에 뛰어나 폭넓은 용도에 적용할 수 있다.

④ 접착제의 피막은 유연성이 있는 것부터 강성이 있는 것까지 접착제의 성분인 폴리올, 폴리이소시아네이트의 선정, 중합도의 선정에 따라 자유롭게 선택할 수 있다.

폴리우레탄계 접착제는 그 조성, 구조에 의해 폭넓은 접착성, 각종 내성을 얻을 수 있다. 라미네이트 필름의 구성, 용도, 포장형태, 내용물, 후가공 조건 등을 고려하여 접착제를 선정할 필요가 있다. 접착제는 용도에 따라서 다음 <표4>와 같히 분류할 수 있다.

일명 왁스 라미네이션이라고도 부른다. 상온에서 고체의 열가소성 수지를 열로 녹여, 도포장치(어플리케이터)를 사용하여 용융한 상태 그대로 기재에 도포, 다른 재료를 붙이고, 냉각, 고화시키는 방법이다.

알루미늄박을 기재로 하여 여기에 셀로판, 폴리프로필렌 필름 및 紙를 붙이는데 채용되고 있다. 이 핫멜트 라미네이트의 장점으로는

① 접착제의 냉각, 고화시간이 짧아 생산성이 높다.

② 건조공정을 필요로 하지 않아 설비가 콤팩트하다.

③ 被孔質 재료에도 접착이 가능하고, 적용재료의 폭이 넓다.

④ 용제를 함유하지 않아, 전체적으로 안전성이 높다.

단점으로서는 ①열가소성 수지를 주성분으로 하고 있기 때문에 내열성이 떨어진다. ②접착제의 응집력이 낮아 접착력도 그렇게 강하지 않다. ③블로킹이 일어나기 쉽다.

<표4> 건식 라미네이션의 용도별 분류

통상의 핫멜트형 접착제는 일반적으로 베이스 폴리머, 점착부여수지, 왁스를 배합해 만들어진 것이다. 주성분이 베이스폴리머인 것에 대하여 왁스 핫멜트 라미네이트 접착제는 왁스를 주성분으로 하고 있다. 왁스에 접착성, 응집력, 조막성 등을 부여하기 위하여 베이스 폴리머 및 점착부여수지를 첨가한다.

구성성분은 다음의 것들이 있다. 왁스로는 파라핀왁스, 마이크로왁스, 폴리에틸렌왁스 등, 베이스폴리머로서는 EVA, EEA, 폴리아미드 등, 점착부여수지로서는 로진계, 테르펜계, 석유수지계, 폴리이소부틸렌 등, 그밖에 산화방지제, 활제, 충진제 등이 쓰여 지고 있다.

① 絲引性 : 코팅 롤과 기재 사이에 끈이 생기는 경우가 있다. 용융온도가 너무 낮은 경우, 접착제의 점도가 높은 경우, 또 작업장의 온도가 낮을 때 일어나기 쉽다. 접착제의 온도관리, 작업온도의 관리 등이 매우 중요하다.

② 轉移性 : 전이가 나쁘면, 도공면이 고르지 못하게 되거나 가공속도의 제약을 받는다.

③ 열안정성 : 장시간의 가열은 색상이나 점도의 변화, 냄새나 탄화물의 발생이 일어난다. 로컬 히트(부분적 가열)나 장시간 가열은 피해야 한다.

① 라미네이트강도 : 필요로 하는 라미네이트강도인 것. 쉽게 벗겨지는 이지 필성이 요구되는 경우에는 가벼운 힘으로 열 수 있는 쪽이 바람직하다. 기재의 종류나 라미네이트 조건 등을 고려하여 접착제를 선택할 필요가 있다.

② 내열성과 내한성 : 여러 온도조건에서 다양하게 사용하는 쪽으로 한다. 미리 조사하여 확인해 놓을 필요가 있다. 일반적으로 핫멜트라미네이트품은 건식 라미네이트품에 비해 떨어지고 있다.

① 냄새 : 식품용도가 많기 때문에 냄새가 아주 적을 것

② 유연성 : 경포장재로서의 사용이 많아, 유연성이 필요하다.

③ 안전성 : 식품을 포장하는 것이 많아 안전성을 충분히 배려한 것

핫멜트 라미네이션은 <표5>에서와 같이 캔디, 검, 초콜리트 등 과자류의 포장 외에도 만두나 찐방의 포장, 비누나 잡화 포장분야에 쓰인다.

<표5> 핫멜트 라미네이션의 주용도

壓出 라미네이션은 열가소성 수지를 슬리트台부터 열용융 필름형태로 하여 기재 사이로 압출시켜 가압, 냉각을 동시에 행하여 붙이는 방법이다.

압출 라미네이트법의 장점으로서는

① 라미네이트 수지의 연속성이 좋고, 박막으로 고속가공이 가능하다.

② 드라이 필름이고, 기재에의 침투가 적다.

③ 가공속도와 압출기의 압출량의 조정에 의해 수지 두께를 광범위하게 변화시킬 수 있다.

④ 무용제이고, 건조설비나 용제회수설비 등이 불필요하고, 안전하게 작업할 수 있다.

⑤ 紙기재에 용이하게 히트실성, 배리어성, 내약품성, 對油性 등을 부여하는 것이 가능하다.

단점으로서는 수지가 일정 두께로 압출되기 까지 시간이 필요하다. 기재와 수지의 손실이 많다.

셀로판지, 연신 및 무연신 폴리프로필렌필름, 연신 및 무연신 나일론필름, PET, PE, EVA, PVA, 알루미늄박, 박지, 글라신지 등 및 이들의 접합품. 이들 외에도 수지크로스시트, 증착필름, 발포시트, 카페트, 합성지 등이 있다.

고압법 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 많다. 이밖에 EVA,EEA, EAA, PET, 트리메틸펜텐(TPX).

공압출 라미네이션은 T형 台법과 구슬형 台법이 있다. 양자 모두 T형 台 또는 구슬형 台부터 2종 또는 3종의 용융수지를 동시에 압출하여 라미네이션필름을 만드는 방법이다. 압출 라미네이션의 다층화라고 해도 좋다.

공압출 라미네이션의 장점으로서는

① 1공정으로 다층의 접합이 가능하다.

② 단층 필름으로는 얻을 수 없는 아주 얇은 극박 층이 가능하다.

단점으로서는

① 복수의 압출기나 복잡한 台를 필요로 하기 때문에 설비비가 든다.

② 고도의 가공기술이 필요하다.

1액 또는 2액의 무용제 반응형 폴리우레탄계 접착제를 가열하여 점도를 낮게 한 상태로 기재에 도공한다. 다른 기재와 가열 롤로 압착시켜 감는다.

무용제형 라미네이션의 장점으로서는

① 무용제이어서 냄새가 적게 난다.

② 건조공정이 불팔요하다.

③ 용제에 약한 필름을 사용할 수 있다.

단점으로서는

① 무용제이어서 냄새가 적게 난다.

② 건조공정이 불팔요하다.

③ 용제에 약한 필름을 사용할 수 있다.

나일론, 폴리에스테르 등의 2축 연신필름과 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 무연신 필름의 접합에 쓰여지고 있다.

접합시키는 재료를 가열 롤로 압착시켜 접합시키고, 냉각 권취하는 방법이다. 접착성 없는 재료의 경우는 미리 어느쪽이 한편에 핫멜트, 열가소성 또는 열경화성 접착제를 함침 또는 도공하는가, 접착성 필름을 기재에 끼우면서 가열 압착한다. 피혁, 부직포, 금속박, 포 등 두꺼운 재료의 라미네이트가 가능하지만 기재에 내열성이 필요하다.

라미네이션용 주요 기재