The effect of crystallinity on the characteristics of perforation in breathable polypropylene film made by laser ablation was studied and it was related with the characteristics of oxygen transmittance in the film. It was found that the increase of laser power resulted in the increase of the diameter of perforation while the spatter interval and height decreased. This phenomenon was relatively dominant in the film having thick thickness. The crystallinity controlled by cooling condition in melt casting film process affected the characteristic of perforation, as a result, the transparent film having smaller crystallite had a lager diameter of perforation with less spatter interval and height when similar laser power was applied. Oxygen transmittance was controlled by the shape of perforation and it was confirmed that less crystalline film having larger diameter of perforation showed higher oxygen transmittance. The dramatic increase of oxygen transmittance was found in the thinner film because the complete perforation through the film thickness occurred when high laser power was applied on the film.

폴리프로필렌 필름의 결정화도가 레이저 절제에 의하여 제조된 통기성 필름 천공 특성에 미치는 영향과 이에 따른 산소 투과도 변화에 대하여 살펴보았다. 레이저 파워 증가는 필름에 형성된 천공 직경을 증가시키는 반면, 천공의 간격 및 높이를 감소시킴을 확인하였다. 이러한 현상은 필름의 두께가 두꺼울수록 더 두드러짐을 확인하였다. 천공 형태 변화는 냉각 조건에 의하여 형성된 결정화도에 따라 달라지며 결정 크기가 작아 투명한 필름은 천공 직경이 증가되는 반면, 천공 간격 및 높이는 감소되었다. 필름에 형성된 천공 모양은 필름의 산소 투과도에 영향을 주어 천공 직경이 크고, 결정화도가 낮은 필름에서 높은 산소 투과도를 보였다. 두께가 얇은 필름에서 레이저 파워가 커지면 완전 천공 현상에 의하여 산소투과도가 급격히 증가되었다.

Keywords: breathable film, laser ablation, perforation, oxygen transmittance

통기성 필름(breathable film)은 기체는 투과되는 반면 액체는 투과시키지 못하는 선택적 투과 기능 필름을 말한다. 통기성 필름은 이러한 특성을 요구하는 신선 식품 포장재,^1-4 농산물 성장용 기능 필름,⁵ 기저귀와 같은 생활용품⁶ 그리고 기능성 의류에⁷ 널리 사용되고 있다. 통기성 필름은 필름 내부 및 외부에 연속 혹은 비연속 홈 혹은 기공이 존재하여 이들의 크기와 모양에 의하여 유체를 선택적으로 투과시키며 동 시에 통기량을 조절한다.
통기성 필름을 제조하는 방법으로는 탄산칼슘과 같은 무기 소재를 첨가하여 필름을 제조하고 이를 연신하여 연신 방향 으로 기공을 형성시키는 방법과^8,9 필름 표면에 흠을 기계적 절제(mechanical ablation)에 의하여 만드는 방법^10,11 그리고 최근에는 UV, IR, CO₂ 레이저를 사용한 레이저 절제(laser ablation)에 의하여 통기성 필름을 제조하고^12-14 있다.
레이저 절제는 다른 방법과 비교하여 가공 방법이 간단하고 생산성이 매우 높으며 통기성을 좌우하는 기공 크기를 손쉽게 조절할 수 있는 장점으로 최근 널리 사용되고 있다.¹² 통기성 필름 제조에 사용되는 레이저는 극 초단 펄스 레이저를^15-17 주로 사용한다. 극 초단 펄스 레이저는 레이저가 고분자에 접촉하는 시간이 매우 짧아 연속 파 혹은 긴 펄스 레이저에서 발생하는 문제점인 고분자와 레이저의 상호작용에 의한 열 발생을¹⁸ 최소화할 수 있다. 반면, 나노 초 혹은 마이크로 초 레이저는 열 발생에 의하여 기공의 모양 및 크기 조절을 어렵게 하며 고분자에 열 이력을 가해 물성 저하와 이물질의 발생 등 다양한 문제점을 발생시킨다. 이와 함께 레이저 절제에 있어서 레이저 종류와 함께 적용 고분자의 물성을 좌우하는 거시적 구조 및 미시적 구조 또한 레이저의 열 발생에 따라 통기성 필름의 천공에 중요한 요소로 작용한다. 즉, 고분자의 분자량 및 결정화도는 레이저에 의한 절제 특성에 영향을 미칠 것으로 판단되나 이에 대한 연구는 진행된 바가 없다.
본 연구에서는 용융 캐스팅 방법을 사용하여 결정화도가 조절된 식품용 포장재로 널리 사용되는 폴리프로필렌 필름을 제조하고 나노 초 UV 레이저로 필름 표면을 천공하여 통기성 필름을 제조하였다. 레이저에 의하여 형성된 천공 형태가 통기성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 필름의 결정화도가 레이저 절제 특성에 미치는 영향을 살펴보았다.