JP7474263B2 - ポリエステルフィルムおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

[関連出願との相互引用]
本出願は2019年1月17日付韓国特許出願第2019-0006446号および2019年7月4日付韓国特許出願第2019-0080466号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明はポリエステルフィルムおよびその製造方法に関する。
ポリエステル樹脂に代表されるPET(polyethylene terephthalate)は安い価格および優れた機械的/化学的/電気的性質によって光学フィルム、電気絶縁フィルム、包装用フィルム、ラミネートフィルム、各種保護用フィルムなどの素材として広く使用されている。しかし、PETは耐熱性が良くない。そのため、PETを用いてフィルムを製造する際、高い温度での熱固定(heat setting)工程により耐熱性を高める方法が使用されている。しかし、このように製造されたPETフィルムは高温に長時間露出する場合、オリゴマー(Oligomer)がフィルム表面に析出されて結晶化され、その結果としてフィルムの透明度が低下する問題がある。これを防止するために、コーティングなどの別途の工程を追加する方案が提案されたが、製造工程が複雑で、後加工時に欠陥が発生し、汚染されやすくなるなどの問題がある。
通常、フィルムに対して印刷などの成形工程が行われるとき、生産性向上を理由に80℃前後の高温で成形工程が行われる。しかし、PETはガラス転移温度が80℃以下で低いので、高温で印刷などの成形工程が行われる場合は不良発生確率が顕著に増加する。また、PETが印刷に使用される溶剤に対して低い耐化学性を示す場合、フィルムの透明度が低下し、表面欠点が発生しやすい。その上、PETははやい結晶化度を有し、特に二軸延伸時高い結晶性を示すのでヒートシール性(heat sealability)が不利である問題もある。
そのため、光学用に使用されるPETフィルムの場合、低いオリゴマー含有量を有して高温工程でも高透明性を有することが求められ、印刷用に使用される場合には、高い耐熱性および耐化学性を有して優れた生産性を示すことが求められる。特に、産業用または包装用などへの使用のためには、結晶性を制御して優れた接着性およびヒートシール性を示す特性を有するポリエステルフィルムに対する研究がより必要な実情である。
本発明は優れた光透過率と共に改善された耐熱性および接着性を示すポリエステルフィルムを提供する。
また、本発明は前記ポリエステルフィルムの製造方法を提供する。
前記目的を達成するために、発明の一実施形態によれば、ポリエチレンテレフタレート;およびポリエステル樹脂;を90:10~10:90の重量比で含む混合物から形成された樹脂層を含み、
前記ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有し、ジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対してイソソルビドから誘導された第1ジオール部分(a)およびシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分(b)の含有量が下記数式1の条件を満たす、ポリエステルフィルムが提供される。
[数式1]
b≦18モル%-a
(前記数式1において、aはイソソルビドから誘導された第1ジオール部分の含有量(モル%)で、前記ポリエステル樹脂内のジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対して4~18モル%であり、bはシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分の含有量(モル%)である。)
発明の他の一実施形態によれば、前記ポリエステルフィルムの製造方法が提供される。
本発明は、ポリエステルフィルムが優れた光透過率と共に改善された耐熱性および接着性を示すことができる。そのため、前記ポリエステルフィルムは産業用フィルム、食品容器用フィルム、包装用フィルム、光学用フィルム、絶縁用フィルム、印刷用フィルムまたは接着フィルムなどの多様な用途に使用されることができる。
以下、発明の具体的な実施形態によるポリエステルフィルムとその製造方法などについて説明する。
本明細書で特に言及がない限り、専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。そして、明確に反対の意味が記載されていない限り、単数形は複数形を含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および/または群の存在や付加を除外するものではない。
また、本明細書で特に言及がない限り、室温(RT)は20±5℃を意味する。
発明の一実施形態によれば、ポリエチレンテレフタレート(樹脂A);および前記ポリエチレンテレフタレートとは相異するポリエステル樹脂(樹脂B);を90:10~10:90の重量比で含む混合物から形成された樹脂層を含み、
前記ポリエステル樹脂(樹脂B)は、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有し、前記ジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対してイソソルビドから誘導された第1ジオール部分(a)およびシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分(b)の含有量が下記数式1の条件を満たす、ポリエステルフィルムが提供される。
[数式1]
b≦18モル%-a
(前記数式1において、aはイソソルビドから誘導された第1ジオール部分の含有量(モル%)で、前記ポリエステル樹脂内のジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対して4~18モル%であり、bはシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分の含有量(モル%)である。)
ポリエステル樹脂に代表されるポリエチレンテレフタレート(PET)は、耐熱性が低くいため使用に制限がある。また、結晶化度が高いのでヒートシーリング(heat sealing)工程時接着性が低下する問題がある。
このような問題を解決するために既存のポリエステル樹脂の高分子主鎖にイソソルビドを導入させる方法が紹介された。イソソルビドから由来した残基は高分子鎖の規則性を低くして樹脂の結晶化速度を減少させることができる。ただし、十分な耐熱性および接着性を確保するためにポリエステル樹脂はイソソルビドから誘導されたジオール部分を多量含まなければならないが、多量のイソソルビドから誘導されたジオール部分により結晶性樹脂として機能できない問題がもたらされた。非結晶性樹脂は分子構造の規則性が低いため延伸による成形が不可能である。このような問題によってポリエステル樹脂の高分子主鎖に導入され得るイソソルビドの含有量に制約があった。
このような技術的限界について、本発明ではポリエステルフィルムの製造のためのポリエチレンテレフタレート(樹脂A)を、イソソルビド(ISB)から誘導されたジオール部分(第1ジオール部分)とシクロヘキサンジメタノール(CHDM)から誘導されたジオール部分(第2ジオール部分)を制御された含有量で含むポリエステル樹脂(樹脂B)と特定範囲の含有量比で混合して使用することによって、製造されるポリエステルフィルムの光透過率および耐熱性、そして接着性を改善させることができる。そのため、前記ポリエステルフィルムは高い透明性が求められる光学用フィルム、優れた耐熱性が求められる食品容器用フィルムまたは印刷用フィルム、そして結晶性を制御して高い接着性が求められる接着フィルムおよび包装用フィルムなどに有用であると期待される。
具体的には、発明の一実施形態によるポリエステルフィルムにおいて、前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)はテレフタル酸とエチレングリコールを重縮合させたポリエチレンテレフタレート(PET);あるいはテレフタル酸の一部を他のジカルボン酸に替えたりまたはエチレングリコールの一部を他のジオールに変更したPET系共重合ポリエステル樹脂を含み得る。具体的には、前記エチレングリコールの一部を替える他のジオールとしてはネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコールなどを例示することができる。
前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)は後述するポリエステル樹脂(樹脂B)とは相異し、より具体的には前記他のジオールとしてイソソルビドを除いたジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有するものであり得る。
前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)の物性はポリエステル樹脂フィルムの特性に影響を及ぼすが、多様な物性の中でも融点はポリエステル樹脂フィルムの耐熱性に影響を及ぼす。ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)の融点は単量体の種類および含有量、重合条件の調節により制御され得、そのため前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)は具体的には示差走査熱分析法(DSC)を用いて測定時220~260℃、あるいは225~245℃の融点を有するものであり得る。上記した温度範囲内の融点を有することによって、後述するポリエステル樹脂(樹脂B)と混合してフィルム製造時より優れた耐熱性の改善効果を示すことができる。
また、発明の一実施形態による前記ポリエステルフィルムにおいてポリエステル樹脂(樹脂B)は、前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)とは相異し、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を含み、前記ジオールのうちイソソルビドから誘導された第1ジオール部分を全体ジオール部分100モル%に対して4~18モル%で含み、選択的にシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分をさらに含み得る。前記ポリエステル樹脂(樹脂B)がシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分をさらに含む場合、前記数式1の条件を満たす含有量で含む。
具体的には、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)は、ジカルボン酸あるいはその誘導体と、イソソルビドおよび選択的にシクロヘキサンジメタノールを含むジオールのエステル化反応またはエステル交換反応後、重縮合反応によって製造されることにより、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分(acid moiety)、およびジオールから誘導されたジオール部分(diol moiety)が繰り返される構造を含み、前記樹脂を構成する全体ジオール部分のうちイソソルビドおよびシクロヘキサンジメタノールから誘導されたジオール部分を前記数式1の含有量条件を満たす範囲内に含む。すなわち、前記ポリエステル樹脂は、全体ジオール部分のうちイソソルビドから誘導された第1ジオール部分を全体ジオール部分100モル%に対して4~18モル%で含むものであるが(この場合、シクロヘキサンジメタノールから誘導されたジオール部分の含有量は0モル%である。);または前記イソソルビドから誘導された第1ジオール部分4~18モル%とシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分を0超過14モル%以下の含有量で含み、前記第1ジオール部分と第2ジオール部分の総含有量が全体ジオール部分100モル%に対して18モル%以下のものであり得る。
一方、本明細書で、酸部分(acid moiety)およびジオール部分(diol moiety)は、ジカルボン酸あるいはその誘導体、そしてジオールが重合されてこれらから水素、ヒドロキシ基またはアルコキシ基が除去されて残った残基(residue)をいう。
前記イソソルビド(isosorbide、1,4:3,6-dianhydroglucitol)から誘導された第1ジオール部分は、ポリエステル樹脂(樹脂B)内に導入されて結晶化速度を低くする役割をする。ただし、その含有量が過量である場合、具体的には、樹脂を構成する全体ジオール部分100モル%に対して18モル%を超える場合はポリエチレンテレフタレートとの相容性が低下してヘイズが増加し、また、結晶性が大きく低下して延伸および熱固定工程が難しいこともある。また、イソソルビドから誘導された第1ジオール部分の含有量が全体ジオール部分100モル%に対して4モル%未満である場合には十分な耐熱性および接着性の改善効果を示しにくいため、また、ヘイズが発生し得る。本発明で使用される前記ポリエステル樹脂(樹脂B)はイソソルビドから誘導された第1ジオール部分を全体ジオール部分100モル%に対して4~18モル%、あるいは5~16モル%の含有量の範囲内に含むことによって、フィルムの製造時優れた光透過率を維持しながらも改善された耐熱性と接着性を示すことができる。
また、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)はシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分を前記数式1を満たす含有量、具体的には前記イソソルビドから誘導された第1ジオール部分との総含有量が全体ジオール部分100モル%に対して18モル%以下になる含有量でさらに含むこともできる。
シクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分はポリエステル樹脂内に導入されてポリエステル樹脂の光透過性を改善させることができるが、その含有量が一定水準を超える場合はポリエステル樹脂の非結晶性を増加させて延伸配向が不可であり、その結果、延伸工程時破断が発生する恐れがある。そのため前記シクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分は、前記イソソルビドから誘導された第1ジオール部分の含有量条件を満たし、イソソルビドから誘導された第1ジオール部分との総含有量が全体ジオール部分100モル%に対して18モル%以下になるようにする残部量で含まれ得る。具体的には前記シクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分は全体ジオール部分100モル%に対して14モル%以下、あるいは10モル%以下、あるいは5モル%で含まれるか、または0モル%で含まれなくてもよい。
前記シクロヘキサンジメタノールの具体的な例としては、1,2-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,2-シクロヘキサンジメタノール、1,3-シクロヘキサンジメタノール、または1,4-シクロヘキサンジメタノールなどが挙げられ、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物から誘導されたジオール部分がポリエステル樹脂(樹脂B)に含まれ得る。
また、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)は前記イソソルビドおよびシクロヘキサンジメタノールから誘導されたジオール部分(第1および第2ジオール部分)の他に、炭素数2~12の脂肪族ジオールから誘導されたジオール部分(第3ジオール部分)を前記ポリエステル樹脂を構成する全体ジオール部分100モル%を基準として、82~96モル%、あるいは84~95モル%の含有量で含み得る。脂肪族ジオールから誘導された第3ジオール部分はポリエステル樹脂の光透過性改善およびヘイズ低下、そして接着性を改善させる役割をするが、その含有量が96モル%を超える場合は接着性を示さず、また82モル%未満の場合はヘイズが増加する恐れがある。
前記脂肪族ジオールの具体的な例としてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロパンジオール(1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオールなど)、1,4-ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール(1,6-ヘキサンジオールなど)、ネオペンチルグリコール(2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール)のような線状または分岐状脂肪族ジオールを例示することができ、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上が配合された形態で含まれ得る。その中でもより優れた光透過性の改善効果を示すエチレングリコールから誘導された第3ジオール部分が含まれ得る。また、発明の一実施形態によれば、上記した脂肪族ジオールの中でもジエチレングリコールから誘導されたジオール部分の含有量が前記ポリエステル樹脂内の全体ジオール部分100モル%に対して1モル%以下、より具体的には0モル%であるか、あるいは0モル%超過であり、1モル%以下であり得る。ポリエステル樹脂内のジエチレングリコールから誘導されたジオール部分の含有量が上記した含有量の範囲内に制御されるときより改善された耐熱性を示すことができる。
また、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)は上記したイソソルビド、シクロヘキサンジメタノールおよび脂肪族ジオールから誘導されたジオール部分(第1~第3ジオール部分)の他に、炭素数7~12の脂環族ジオールなどのその他ジオールから誘導されたジオール部分(第4ジオール部分)を残部としてさらに含むこともできる。
より具体的には前記ポリエステル樹脂でのジオール部分は、全体ジオール部分100モル%に対して、イソソルビドから誘導された第1ジオール部分、シクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分、そして脂肪族ジオールから誘導された第3ジオール部分からなり、この時、前記第1ジオール部分と第2ジオール部分は前記数式1を満たす量で含まれ得、より具体的には全体ジオール部分100モル%に対してイソソルビドから誘導された第1ジオール部分4~18モル%、あるいは5~16モル%と、エチレングリコールから誘導された第3ジオール部分82~96モル%あるいは84~85モル%からなるものであり得る。
一方、本明細書で用語の「ジカルボン酸あるいはその誘導体」は、ジカルボン酸とジカルボン酸の誘導体のうち選択される1種以上の化合物を意味する。そして、「ジカルボン酸の誘導体」は、ジカルボン酸のアルキルエステル(モノメチル、モノエチル、ジメチル、ジエチルまたはジブチルエステルなど炭素数1~4の低級アルキルエステル)あるいはジカルボン酸の無水物を意味する。そのため、例えば、テレフタル酸あるいはその誘導体はテレフタル酸;モノアルキルあるいはジアルキルテレフタレート;およびテレフタル酸無水物のようにジオールと反応してテレフタロイル部分(terephthaloyl moiety)を形成する化合物を通称する。
本発明の一実施形態によるポリエステルフィルムにおいて、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)は上述したジオール由来部分と共に、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分を含むが、このとき、前記ジカルボン酸あるいはその誘導体はテレフタル酸あるいはその誘導体であり得る。具体的には、ジカルボン酸あるいはその誘導体はテレフタル酸あるいはその誘導体単独であり得、またはテレフタル酸あるいはその誘導体と、テレフタル酸あるいはその誘導体以外のジカルボン酸あるいはその誘導体として炭素数8~14の芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体および炭素数4~12の脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘導体からなる群より選ばれた1種以上の混合物であり得る。前記炭素数8~14の芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体はイソフタル酸、ジメチルイソフタレート、フタル酸、ジメチルフタレート、フタル酸無水物、2,6-ナフタレンジカルボン酸などのナフタレンジカルボン酸、ジメチル2,6-ナフタレンジカルボキシレートなどのジアルキルナフタレンジカルボキシレート、ジフェニルジカルボン酸などポリエステル樹脂の製造に通常使用される芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体であり得る。また、前記炭素数4~12の脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘導体は1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸などのシクロヘキサンジカルボン酸、ジメチル1,4-シクロヘキサンジカルボキシレート、ジメチル1,3-シクロヘキサンジカルボキシレートなどのシクロヘキサンジカルボキシレート、セバシン酸、コハク酸、イソデシルコハク酸、マレイン酸、マレイン酸無水物、フマル酸、アジピン酸、グルタル酸、アゼライン酸などポリエステル樹脂の製造に通常使用される線状、分岐状または環状脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘導体であり得る。
上記した化合物の中でも製造されたポリエステル樹脂(樹脂B)の物性の実現および樹脂フィルムの改善効果を考慮すると、前記ジカルボン酸あるいはその誘導体はテレフタル酸、ジメチルテレフタレート、またはテレフタル酸とイソフタル酸の混合物であり得る。
前記ジカルボン酸あるいはその誘導体は、テレフタル酸あるいはその誘導体を全体ジカルボン酸あるいはその誘導体100モル%に対して40モル%以上、あるいは50モル%以上、あるいは60モル%以上、あるいは70モル%以上、あるいは80モル%以上、あるいは90モル%以上で含み得る。そして、前記ジカルボン酸あるいはその誘導体はテレフタル酸あるいはその誘導体以外のジカルボン酸あるいはその誘導体を全体ジカルボン酸あるいはその誘導体100モル%に対して60モル%以下、0モル%超過60モル%以下、あるいは0.1~55モル%、あるいは0.1~20モル%、あるいは5~10モル%で含み得る。このような含有量の範囲内で適切な諸般物性を実現するポリエステル樹脂を製造することができる。
ポリエステル樹脂を構成する酸部分とジオール部分の種類および含有量の制御による改善効果の顕著さを考慮すると、前記酸部分は、テレフタル酸あるいはその誘導体から誘導された第1酸部分のみからなるか、または全体酸部分100モル%に対してテレフタル酸あるいはその誘導体から誘導された第1酸部分40モル%以上100モル%未満、あるいは90~95モル%、および炭素数8~14の芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された第2酸部分0モル%超過60モル%以下、あるいは5~10モル%からなり、また、前記ジオール部分は前記数式1を満たす条件下に、全体ジオール部分100モル%に対して、イソソルビドから誘導された第1ジオール部分4~18モル%、シクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分14モル%以下、そして脂肪族ジオールから誘導された第3ジオール部分82~96モル%からなる。
また、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)はその製造工程中に投入された重縮合触媒、安定剤、呈色剤、結晶化剤、酸化防止剤、または分岐剤(branching agent)などの添加剤を1種以上さらに含み得る。具体的には中心金属原子を基準として1ppm~300ppmの重縮合触媒、10ppm~5000ppmのリン系安定剤、1ppm~300ppmのコバルト系呈色剤、1ppm~200ppmの結晶化剤、10ppm~500ppmの酸化防止剤、および10ppm~300ppmの分岐剤のうち1種以上をさらに含み得、その具体例および含有量は以下のポリエステル樹脂の製造方法で詳細に説明する。
上述したような構成を有する前記ポリエステル樹脂(樹脂B)は、単量体の種類および含有量、そして重合条件の調節により、樹脂フィルムに適用時より優れた効果を示すように物性を制御することができる。具体的には前記ポリエステル樹脂(樹脂B)はオルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した固有粘度が0.50~1.00dl/gであり得る。
ポリエステル樹脂(樹脂B)の固有粘度(IV)はフィルム製造時の成形性および機械的強度特性に影響を及ぼすが、固有粘度が前記範囲未満であればはやい流れ性により成形時の外観不良が発生し得、十分な機械的強度を確保できない可能性もあり、高延伸により所望する物性を発現することが難しい場合もある。また、固有粘度が前記範囲を超えると成形時溶融物の粘度増加によって押出機の圧力が上昇して共押出工程が円滑に行われることができず、圧力上昇を解消するために押出機の温度を上昇させる場合は熱による変形により色相および物性が低下し得、延伸および熱処理工程で基材層との収縮率差によって工程上問題が発生し得る。
より具体的には、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)はエステル化反応またはエステル化交換反応と重縮合反応直後に収得した高分子をオルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した固有粘度(または溶融固有粘度)が0.45~0.65dl/g、あるいは0.50~0.60dl/gであり得る。また、エステル化反応またはエステル化交換反応と重縮合反応後、追加の結晶化工程および固相重合反応工程によって固有粘度をさらに増加させ得るが、固相重合反応工程後に収得された高分子をオルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した固有粘度(または固相固有粘度)が、前記重縮合反応後の高分子の固有粘度(または溶融固有粘度)より0.10~0.40dl/g、あるいは0.15~0.25dl/g高いものであり得る。具体的には結晶化および固相重合反応後の固相固有粘度が0.6~1.0dl/g、あるいは0.65~0.95dl/gのものであり得る。上記した範囲の固相固有粘度を有する場合、ポリエステル樹脂の分子量分布が狭くなって成形時の結晶化速度を低くし得る。そのため、透明度を低下させず、かつ耐熱度および結晶化度を向上させることができる。
本発明におけるポリエステル樹脂の固有粘度は、粘度管の特定内部区間の間を溶媒が通過するのにかかる時間(efflux time;t)とポリエステル樹脂を前記溶媒に溶解させて製造した溶液が通過するのにかかる時間tをそれぞれ測定した後、後述するように数式2および3を用いて固有粘度値を算出することができる。
本発明の一実施形態による前記ポリエステルフィルムは、上述したポリエチレンテレフタレート(樹脂A)とポリエステル樹脂(樹脂B)を90:10~10:90、あるいは30:70~10:90の重量比で含む混合物から形成される。上記した混合比範囲にポリエチレンテレフタレート(樹脂A)とポリエステル樹脂(樹脂B)を含むことによって、樹脂フィルムの光透過率と耐熱性、そして接着性が同時にバランス良く改善されることができる。前記90:10の混合比を超えてポリエチレンテレフタレート(樹脂A)の含有量が過度に高い場合、上記したポリエステル樹脂(樹脂B)混合による光透過率および接着性の改善効果がわずかであり、また、10:90の混合比を超えてポリエステル樹脂(樹脂B)の含有量が過度に高い場合は耐熱性低下およびstrainの増加により使用が難しい。
また、前記ポリエステルフィルムは未延伸フィルムであり得、延伸フィルムでもあり得る。前記ポリエステルフィルムが未延伸フィルムの場合、前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)とポリエステル樹脂(樹脂B)が30:70~10:90の重量比で混合されるとき、優れた耐熱性と接着性を維持しながらも、より改善された光透過率を示すことができる。
また、前記ポリエステルフィルムが延伸フィルムである場合、縦方向および横方向のうち1以上の方向に延伸されたフィルムであり得、具体的には総延伸比2~15倍、あるいは4~12倍に延伸され得る。上記した延伸比で延伸される場合は耐熱性がより改善されることができる。
より具体的には前記ポリエステルフィルムは縦方向および横方向のうちいずれか一つの方向に延伸された1軸延伸フィルムであり得、この時、延伸される縦方向または横方向の延伸比が2~15倍、あるいは4~12倍、あるいは5~10倍であり得る。
また、前記ポリエステルフィルムは縦方向および横方向に2軸延伸された延伸フィルムであり得、この時、前記縦方向延伸比が2~5倍、あるいは2~4倍、あるいは2~3倍であり、横方向延伸比が2~7倍、あるいは2~5倍、あるいは2~4倍であり得る。上記した延伸比で延伸される場合、耐熱性の改善効果がより優れる。また、前記ポリエステルフィルムが縦方向および横方向に2軸延伸されたフィルムである場合、縦方向延伸比と横方向延伸比が同じ2軸延伸フィルムであり得、または縦方向延伸比と横方向延伸比が相異する2軸延伸フィルムであり得る。また、縦方向延伸比と横方向延伸比が相異する2軸延伸フィルムである場合、縦方向の延伸比が横方向の延伸比より小さいフィルムであり得、この時、縦方向および横方向の延伸比は上記したそれぞれの方向への延伸比範囲を満たし得る。
また、発明の一実施形態による前記ポリエステルフィルムは、結晶化剤、紫外線遮断剤、帯電防止剤、衝撃補強剤、酸化防止剤および微細粒子からなる群より選ばれた1種以上の添加剤をさらに含み得る。前記添加剤を添加する方式は特に限定されず、例えば、ポリエステル樹脂の製造時に添加したりあるいは添加剤の高濃度のマスターバッチを製作してこれを希釈して混合するなどの方法を用いることができる。
一例として前記ポリエステルフィルムは、前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)とポリエステル樹脂(樹脂B)の総重量に対して5~200ppm、あるいは100~200ppmの含有量で結晶化剤をさらに含み得る。前記結晶化剤としては結晶核剤(シリカ、タルク、水酸化アルミニウム、滑石、窒化ホウ素など)、紫外線吸収剤(benzotriazole、benzophenone、salycylate、cyanoacrylate、oxanilide、hindered amine light stabilizer(HALS)など)、ポリオレフィン系樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)、またはポリアミド樹脂などが挙げられ、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されることができる。上記した含有量の範囲に結晶化剤をさらに含むことによって耐熱性をより増加させることができる。
前記ポリエステルフィルムの厚さはその用途に応じて適宜決定され得、具体的には1μm~2mmの厚さを有することができ、未延伸フィルムの場合は500μm~1mmの厚さを有することができ、延伸フィルムの場合は1μm~350μmの厚さを有することができる。
本発明におけるポリエステルフィルムの厚さは光学顕微鏡(Optical Microscope)を用いて測定することができ、特に言及がない限り平均厚さを意味する。
以下、このようなポリエステルフィルムの製造方法について詳細に説明する。
本発明の一実施形態による前記ポリエステルフィルムは、(a)ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)およびポリエステル樹脂(樹脂B)を90:10~10:90の重量比で混合後溶融押出し、前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)およびポリエステル樹脂(樹脂B)から形成された樹脂層を含むポリエステルフィルムを製造する段階を含み、選択的に、(b)前記ポリエステルフィルムを前記ポリエステル樹脂(樹脂B)のガラス転移温度以上の温度で縦方向および横方向に二軸延伸する段階をさらに含む製造方法により製造されることができる。そのため発明の他の一実施形態によれば、上記したポリエステルフィルムの製造方法が提供される。
本発明の一実施形態によるポリエステルフィルムの製造方法で、前記(a)段階はポリエチレンテレフタレート(樹脂A)およびポリエステル樹脂(樹脂B)の混合物から未延伸ポリエステルフィルムを製造する段階である。この時、前記ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)およびポリエステル樹脂(樹脂B)は先立って説明したとおりである。
前記(a)段階でポリエチレンテレフタレート(樹脂A)およびポリエステル樹脂(樹脂B)の混合は上述した混合比条件を満たすようにそれぞれの化合物が使用されることを除いては通常の混合工程で行われ得る。
前記(a)段階で溶融押出は240~310℃、あるいは250~300℃の温度で行われ得る。仮に、溶融押出温度が240℃未満であると、高分子が溶融しない恐れがあり、310℃を超えると高分子の熱分解が増加してフィルムの延伸成形時にフィルムが損傷したり破断されて目的とする物性を実現することが難しい。これについて上記した範囲のように比較的低温で溶融押出工程が行われることにより、高分子の熱分解を最小化して長鎖構造を維持することができる。
また、製造されるポリエステルフィルムの物性の実現および効果改善のためにその他添加剤が選択的にさらに投入されることができる。その他添加剤は先立って説明したとおりであり、ポリエチレンテレフタレート(樹脂A)とポリエステル樹脂(樹脂B)の混合時投入されて共に押出されることもできる。
前記溶融押出工程の結果としてシート状の溶融押出物、すなわち未延伸ポリエステルフィルムを製造することができる。前記(a)段階で製造した未延伸ポリエステルフィルムに対して適切な温度への冷却工程が選択的に行われ得、この時、冷却工程は通常の方法により行われ得る。
前記(a)段階で製造した未延伸ポリエステルフィルムは上述したポリエチレンテレフタレート(樹脂A)とポリエステル樹脂(樹脂B)を最適の混合重量比で含む混合物から形成されることにより、高い光透過率および低いヘイズとともに、優れた耐熱性および接着性を示すことができる。
また、本発明の一実施形態によるポリエステルフィルムが延伸フィルムである場合、前記ポリエステルフィルムの製造方法は前記(a)段階で製造した未延伸ポリエステルフィルムを延伸する段階(段階(b))をさらに含み得る。
前記延伸工程は前記ポリエステル樹脂(樹脂B)のガラス転移温度以上の温度で行われ得、具体的には80~180℃、あるいは90~170℃の温度で行われ得る。
また、前記延伸工程は前記未延伸ポリエステルフィルムを縦方向および横方向に二軸延伸することによって行われ得る。具体的には、前記未延伸ポリエステルフィルムを縦方向延伸比2~5倍、および横方向延伸比2倍~7倍に二軸延伸することによって行われ得、また、前記縦方向および横方向の延伸比範囲を満たす条件下に、総延伸比5~7倍になるように行われ得る。このように高い延伸比で延伸されることにより、製造される樹脂フィルムの耐熱性がより改善されることができる。
また、本発明の一実施形態による前記ポリエステルフィルムの製造方法は、前記(b)段階以後に、前記(b)段階で得たポリエステルフィルムを熱固定する段階(段階(c))を追加で含み得る。
前記(c)段階での熱固定工程は100~220℃の温度で行われることを除いては通常の熱固定方法により行われ得る。上記した温度範囲で熱固定工程を行うことによって、製造される樹脂フィルムの結晶化度を高めてstrainを減少させることができ、機械的強度特性を改善させることができる。
一方、前記(a)段階で使用されるポリエステル樹脂(樹脂B)は上述した含有量のイソソルビドが導入されているポリエステル樹脂である。
このようなポリエステル樹脂(樹脂B)を製造するために、前記ポリエステルフィルムの製造方法は前記(a)段階前に、(a0-1)ジカルボン酸あるいはその誘導体と、イソソルビドを含むジオールのエステル化反応またはエステル交換反応段階;および(a0-2)オルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した溶融固有粘度が0.45~0.65dl/gに到達するように前記エステル化またはエステル交換反応生成物を重縮合反応する段階を含む製造方法によって前記ポリエステル樹脂(樹脂B)を製造する段階をさらに含むこともできる。
前記ポリエステル樹脂(樹脂B)はバッチ(batch)式、半-連続式または連続式で製造され得、前記(a0-1)エステル化反応あるいはエステル交換反応と(a0-2)重縮合反応は不活性気体の雰囲気下で行われることが好ましい。
前記ポリエステル樹脂(樹脂B)の製造時イソソルビドは製造されたポリエステル樹脂のジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対してイソソルビドから誘導された第1ジオール部分が4~18モル%になるようにする含有量で使用される。ただし、ポリエステル樹脂(樹脂B)の合成中にイソソルビドの一部が揮発されたり反応しない場合もあるので、ポリエステル樹脂(樹脂B)に上述した含有量のイソソルビドを導入するためには、イソソルビドは全体ジカルボン酸あるいはその誘導体100モルに対して1~35モル比、あるいは5~30モル比で使用されることができる。仮に、イソソルビドの含有量が前記範囲を超えると黄変現象が発生し得、結晶性が顕著に減少して延伸および熱固定工程に不利であり、前記範囲未満であれば十分な耐熱性および接着性を示すことができずヘイズが発生し得る。しかし、イソソルビドの含有量を上述した範囲に調節して優れた耐熱性、接着性および透明性を有するポリエステルフィルムを提供することができる。
また、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)がシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分をさらに含む場合、シクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分が前記数式1の条件を満たす含有量で含まれるようにシクロヘキサンジメタノールを追加で投入することができる。
また、ポリエステル樹脂(樹脂B)に導入された脂肪族ジオールから誘導された第3ジオール部分の含有量はポリエステル樹脂の製造のために使用された脂肪族ジオールの含有量に直接的に比例するものではない。しかし、ポリエステル樹脂を構成するジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対して脂肪族ジオールから誘導された第3ジオール部分が82~96モル%になるように、脂肪族ジオールを全体ジカルボン酸あるいはその誘導体100モルに対して90~120モル比、あるいは95~115モル比で投入することができる。
また、先立って説明したように前記ポリエステル樹脂(樹脂B)は上記したイソソルビドから誘導された第1ジオール部分、シクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分および脂肪族ジオールから誘導された第3ジオール部分と共に、残量の脂環族ジオールから誘導された第4ジオール部分を含むこともできるが、この時、脂環族ジオールから誘導された第4ジオール部分が全体ジオール部分100モル%に対して0~10モル%あるいは0.1~5モル%になるようにする含有量で脂環族ジオールを投入することができる。
一方、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)の製造のための(a0-1)エステル化反応またはエステル交換反応はジカルボン酸あるいはその誘導体と、ジオールが1:1の化学量論比、すなわちモル比で起きるが、前記反応のために投入されるジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールの投入量は、ジカルボン酸あるいはその誘導体1モルに対してジオールのモル比(ジオール/ジカルボン酸あるいはその誘導体のモル比)が1.01以上になるように反応器に投入することができる。
一例で、ジカルボン酸あるいはその誘導体としてジカルボン酸を使用する場合には、前記ジカルボン酸に対して、ジオールの初期混合モル比を1:1.01~1.5、あるいは1:1.05~1:1.3に調節し得、前記ジカルボン酸あるいはその誘導体としてジカルボン酸アルキルエステルあるいはジカルボン酸無水物などの誘導体を使用する場合には、ジカルボン酸の誘導体に対してジオールの初期混合モル比を1:2.0~1:2.5、あるいは1:2.1~1:2.3に調節し得る。
また、前記ジオールは必要に応じて重合反応前に一度に反応器に供給されるかあるいは数回にわたって重合反応中に投入され得る。より具体的な一例によれば、反応初期にジカルボン酸あるいはその誘導体と、ジオールの最初投入量を特定範囲に調節して特定分子量分布を満たすポリエステル樹脂を製造することができ、これを使用して一実施形態のポリエステルフィルムおよびこれに含まれるポリエステル樹脂をより効果的に得ることができる。このような初期混合モル比は反応器での重合反応開始時点での混合モル比を意味し、反応途中には必要に応じてジカルボン酸あるいはその誘導体および/またはジオールがさらに追加されることもできる。
また、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)の製造のための(a0-1)エステル化反応またはエステル交換反応はバッチ式、半-連続式または連続式で行われ得、それぞれの原料は別に投入され得るが、ジオールにジカルボン酸あるいはその誘導体を混合したスラリー形態で投入することが好ましい。
また、前記(a0-1)エステル化反応またはエステル交換反応では触媒が使用されることができる。このような触媒としてはナトリウム、マグネシウムのメチラート(methylate);Zn、Cd、Mn、Co、Ca、Ba、Tiなどの酢酸塩、ホウ酸塩、脂肪酸塩、炭酸塩、またはアルコキシ塩;金属Mg;Pb、Zn、Sb、Geなどの酸化物などを例示し得、その中でもGeO、Sb、またはSbとMn(b)acetate tetrahydrateの混合物が使用されることができる。前記触媒はジカルボン酸あるいはその誘導体1モルに対して1~3、あるいは1.05~2.5のモル比で使用されることができる。
また、前記(a0-1)エステル化反応またはエステル交換反応開始前のスラリーにあるいは反応完了後の生成物に、重縮合触媒、安定剤、呈色剤、結晶化剤、酸化防止剤、または分岐剤(branching agent)などを選択的に1種以上さらに添加することができる。しかし、上述した添加剤の投入時期はこれに限定されるものではなく、ポリエステル樹脂の製造段階の任意の時点に投入されることもできる。
前記重縮合触媒としては、通常のチタン、ゲルマニウム、アンチモン、アルミニウム、スズ系化合物などを一つ以上適宜選択して使用することができる。有用なチタン系触媒としては、テトラエチルチタネート、アセチルトリプロピルチタネート、テトラプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、ポリブチルチタネート、2-エチルヘキシルチタネート、オクチレングリコールチタネート、ラクテートチタネート、トリエタノールアミンチタネート、アセチルアセトネートチタネート、エチルアセトアセチックエステルチタネート、イソステアリルチタネート、チタニウムジオキシド、チタニウムジオキシド/シリコンジオキシド共重合体、チタニウムジオキシド/ジルコニウムジオキシド共重合体などを例示することができる。また、有用なゲルマニウム系触媒としてはゲルマニウムジオキシドおよびそれを用いた共重合体などがある。重縮合触媒の添加量は中心金属原子を基準として最終ポリマー(ポリエステル樹脂)重量に対して1ppm~300ppmに調節されることができる。
前記安定剤としては、一般的にリン酸、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェートなどのリン系化合物を使用することができ、その添加量はリン原子を基準として最終ポリマー(ポリエステル樹脂)の重量に対して10~5000ppmである。前記安定剤の添加量が10ppm未満であれば、安定化効果が不十分であり、ポリマーの色相が黄色く変わる恐れがあり、5000ppmを超えると所望する高重合度のポリマーを得ることができない恐れがある。
また、ポリマーの色相を向上させるために添加される呈色剤としては、酢酸コバルト、コバルトプロピオネートなどのコバルト系呈色剤を例示し得、その添加量はコバルト原子を基準として最終ポリマー(ポリエステル樹脂)の重量に対して1~300ppmである。必要に応じて、有機化合物呈色剤としてアントラキノン(Anthraquionone)系化合物、ペリノン(Perinone)系化合物、アゾ(Azo)系化合物、メチン(Methine)系化合物などを使用することができ、市販の製品としてはClarient社のPolysynthren Blue RLSあるいはClarient社のSolvaperm Red BBなどのトナーを使用することができる。前記有機化合物呈色剤の添加量は最終ポリマー重量に対して0~50ppmに調節され得る。仮に、呈色剤を前記範囲の外の含有量で使用するとポリエステル樹脂の黄色を十分に見分けることができないか物性を低下させ得る。
前記結晶化剤としては結晶核剤、紫外線吸収剤、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂などを例示し得、その添加量は最終ポリマー(ポリエステル樹脂)の重量に対して1~200ppmであり得る。
前記酸化防止剤としてはヒンダードフェノール系酸化防止剤、ホスファート系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤あるいはこれらの混合物などを例示し得、その添加量は最終ポリマー(ポリエステル樹脂)の重量に対して10~500ppmであり得る。
前記分岐剤としては3以上の官能基を有する通常の分岐剤として、例えば、無水トリメリット酸(trimellitic anhydride)、トリメチロールプロパン(trimethylol propane)、トリメリト酸(trimellitic acid)あるいはこれらの混合物などを例示し得、その添加量は最終ポリマー(ポリエステル樹脂)の重量に対して10~300ppmであり得る。
また、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)の製造のための(a0-1)エステル化反応またはエステル交換反応は、150~300℃、あるいは200~270℃の温度、および0~10.0kgf/cm(0~7355.6mmHg)、0~5.0kgf/cm(0~3677.8mmHg)あるいは0.1~3.0kgf/cm(73.6~2206.7mmHg)の圧力条件で実施されることができる。ここで括弧の外に記載された圧力はゲージ圧力を意味し(kgf/cm単位で記載される)、括弧中に記載された圧力は絶対圧力を意味する(mmHg単位で記載される)。前記反応温度および圧力が前記範囲を外れる場合、ポリエステル樹脂の物性が低下する恐れがある。前記反応時間(平均滞留時間)は通常1~24時間、あるいは2~8時間であり、反応温度、圧力、使用するジカルボン酸あるいはその誘導体に対してジオールのモル比に応じて変わり得る。
前記(a0-1)エステル化またはエステル交換反応により得た生成物は後述する(a0-2)重縮合反応によってより高い重合度のポリエステル樹脂で製造されることができる。
前記(a0-2)重縮合反応は150~300℃、あるいは200~290℃、あるいは250~290℃の温度、および0.01~400mmHg、0.05~100mmHgあるいは0.1~10mmHgの減圧条件で行われ得る。ここで圧力は絶対圧力の範囲を意味する。前記0.01~400mmHgの減圧条件は重縮合反応の副産物であるグリコールなどと未反応物であるイソソルビドなどを除去するためである。したがって、前記減圧条件が前記範囲を外れる場合、副産物および未反応物の除去が不充分である恐れがある。また、前記重縮合反応温度が前記範囲を外れる場合、ポリエステル樹脂の物性が低下する恐れがある。前記重縮合反応は、所望する固有粘度に到達するまで必要な時間の間、例えば、平均滞留時間1~24時間の間実施される。
また、前記ポリエステル樹脂(樹脂B)内に残留するイソソルビドなどの未反応物の含有量を減少させる目的でエステル化反応あるいはエステル交換反応末期あるいは重縮合反応初期、すなわち樹脂の粘度が十分に高くない状態で真空反応を意図的に長く維持して未反応された原料を系外に流出させることができる。樹脂の粘度が高まると、反応器内に残留している原料が系外に抜け出しにくくなる。一例として、重縮合反応前エステル化反応あるいはエステル交換反応により得た反応生成物を約400~1mmHgあるいは約200~3mmHg減圧条件で0.2~3時間の間放置してポリエステル樹脂内に残留するイソソルビドなどの未反応物を効果的に除去することができる。この時、前記生成物の温度はエステル化反応あるいはエステル交換反応温度と重縮合反応温度と同じであるかあるいはその間の温度に調節することができる。
上記真空反応の制御により未反応原料を系外に流出させる工程内容を追加することにより、ポリエステル樹脂内に残留するイソソルビドなどの未反応物の含有量を減少させることができ、その結果、一実施形態の物性を満たすポリエステルフィルムおよびこれに含まれるポリエステル樹脂をより効果的に得ることができる。
一方、(a0-2)重縮合反応後に収得されるポリマーの溶融固有粘度は0.45~0.65dl/gであることが適当である。固有粘度が0.45dl/g未満である場合、固相重合反応での反応速度が顕著に低くなり、固有粘度が0.65dl/gを超える場合、溶融重合中の溶融物の粘度が上昇されることにより攪拌機と反応器の間での剪断応力(Shear Stress)によりポリマーが変色する可能性が増加し、アセトアルデヒドのような副反応物質も増加する。
一方、前記ポリマーの溶融固有粘度は、オルトクロロフェノールにポリマーを1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した値である。
前記のような(a0-1)および(a0-2)段階により発明の一実施形態によるポリエステルフィルム形成用ポリエステル樹脂(樹脂B)を製造することができる。
一方、前記重縮合反応の完了後、収得したポリマーに対して結晶化後固相重合工程をさらに行うことによって均一な分子量分布のポリエステル樹脂を製造することができ、その結果、フィルム製造時の透明性をより増加させることができる。
そのため本発明の一実施形態によるポリエステルフィルムの製造方法は、前記(a0-2)の重縮合反応段階後に、(a0-3)前記重縮合反応(溶融重合)で製造されたポリエステル樹脂(以下、「ポリマー」ともいう)を結晶化する段階;および(a0-4)オルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した固有粘度が(a0-2)段階で得たポリマーの固有粘度より0.10~0.40dl/g高い値に到達するように結晶化されたポリマーを固相重合する段階を追加で含み得る。
具体的には、前記(a0-3)結晶化段階では(a0-2)重縮合反応により得たポリマーを反応器の外に吐出して粒子化する。粒子化する方法はストランド状に押出後冷却液で固化後カッターで切断するストランドカッティング法や、ダイ穴を冷却液に浸漬させ、冷却液中に直接押出してカッターで切断するアンダーウォーターカッティング法を用いることができる。一般にストランドカッティング法では冷却液の温度を低く維持し、Strandがよく固化される場合にカッティングに問題がない。アンダーウォーターカッティング法では冷却液の温度をポリマーに合わせて維持し、ポリマーの形状を均一にした方が良い。しかし、結晶性ポリマーの場合、吐出中の結晶化を誘導するために故意に冷却液の温度を高く維持することもできる。
一方、粒子化されたポリマーを追加的に水洗浄することも可能である。水洗浄時の水の温度はポリマーのガラス転移温度と同じであるかあるいは約5~20℃程度低いことが好ましく、それ以上の温度では融着が発生し得るので好ましくない。吐出時結晶化を誘導したポリマーの粒子であればガラス転移温度より高い温度でも融着が発生しないので結晶化程度に応じて水の温度を設定することができる。粒子化されたポリマーの水洗浄により未反応された原料のうち水に溶解する原料の除去が可能である。粒子が小さいほど粒子の重量に対して表面積が広くなるので粒子の大きさは小さいほど有利である。このような目的を達成するために粒子は約14mg以下の平均重量を有するように製造されることができる。
粒子化されたポリマーは固相重合反応中に融着されることを防止するために結晶化段階を経る。大気、不活性ガス、水蒸気、水蒸気含有不活性ガスの雰囲気または溶液中での進行が可能であり、110~180℃、あるいは120~180℃で結晶化処理をする。温度が低いと粒子の結晶が生成される速度が過度に遅くなり、温度が高いと結晶が作られる速度より粒子の表面が溶融する速度が速いため粒子どうしがくっついて融着を発生させる。粒子が結晶化されることにより粒子の耐熱度が上昇されるので、結晶化をいくつかの段階に分けて段階別に温度を上昇させて結晶化することも可能である。
固相重合反応は窒素、二酸化炭素、アルゴンなど不活性ガスの雰囲気下または400~0.01mmHgの減圧条件および180~220℃の温度で平均滞留時間1時間以上、好ましくは10時間以上の間行われ得る。このような固相重合反応により分子量が追加的に上昇され、溶融反応で反応せず残存している原料物質と反応中に生成された環状オリゴマー、アセトアルデヒドなどが除去されることができる。
前記固相重合反応は、固相固有粘度が(a0-2)重縮合反応段階で得たポリマーの溶融固有粘度より0.10~0.40dl/g高い値に到達するまで行うことができる。仮に、固相重合反応後樹脂の固有粘度と固相重合反応前樹脂の固有粘度間の差が0.10dl/g未満であれば十分な重合度の向上効果を得ることができず、固相重合反応後の樹脂の固有粘度と固相重合反応前樹脂の固有粘度間の差が0.40dl/gを超えると分子量分布が広くなり十分な耐熱度を示すことができずオリゴマーの含有量が相対的に増加して高温で結晶化される可能性が高く熱処理後の高い透明度を維持することが難しくなる。
前記固相重合反応は樹脂の固有粘度が固相重合反応前の樹脂の固有粘度より0.10~0.40dl/g高く、0.65~1.5dl/g、あるいは0.7~1.2dl/g、あるいは0.8~1.0dl/gの値に到達するまで行うことができる。このような範囲の固有粘度に到達するまで固相重合すると高分子の分子量分布が狭くなり成形時の結晶化速度を低下し得る。そのため、透明度を低下させず、かつ耐熱度および結晶化度を向上させることができる。仮に、固相重合反応後樹脂の固有粘度が前記範囲未満であれば低分子量の高分子による結晶化速度増加によって優れた透明性を有するポリエステルフィルムを提供することが難しい。
上述した方法により製造されたポリエステル樹脂(樹脂B)はジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有し、前記ジオールのうちイソソルビドから誘導された第1ジオール部分を全体ジオール部分100モル%に対して4~18モル%で含み、選択的にシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分をさらに含み得、前記シクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分をさらに含む場合、前記数式1を満たす含有量で含むことによって、フィルム製造に適用時高い光透過率と共に優れた耐熱性および接着性を示すことができる。
上記した製造方法により製造される、発明の一実施形態によるポリエステルフィルムは、前記ポリエチレンテレフタレートとポリエステル樹脂が最適の混合比で混合された混合物から形成された樹脂層からなる単層フィルムであり得る。
そのため前記ポリエステルフィルムは高い透明性を示し得、具体的には厚さが1mmの未延伸フィルムであるか、または厚さが200μmの延伸フィルムであるときASTM D1003-97により測定されたヘイズが3%以下、あるいは2%以下、あるいは1.5%以下、あるいは1%以下あるいは0.5%以下であり得る。前記ヘイズ値の下限は特に限定されず、0%であり得る。
また、前記ポリエステルフィルムは優れた耐熱性を示し得、具体的には未延伸フィルムの場合、Tan deltaが88℃以上、あるいは88~100℃であり得る。その結果、80℃前後の温度で適用される印刷工程で容易に使用されることができる。また、延伸フィルムの場合、Tan deltaが110℃以上、あるいは110~130℃で、より高い高温での印刷工程が可能である。
通常耐熱度は示差走査熱量分析機(Differential Scanning Calorimetry,DSC)を用いて測定したガラス転移温度から評価することができる。しかし、試料の特性上DSCの使用が不可能な場合には動的機械分析装置(dynamic mechanical analysis,DMA)または熱機械分析装置(Thermomechanical Analysis,TMA)を用いてヤング率(Young’s modulus or Storage modulus;E’)および損失弾性率(Loss modulus;E”)を測定し、これからtan deltaを算出した後、ガラス転移温度を求めることができる。そのため本発明ではDMAを用いてTan delta値を算出し、これを根拠に耐熱性を評価する。具体的にはポリエステルフィルムを30mm×5.3mm(縦方向長さ×横方向長さ)の大きさに切って試験片を準備し、DMAを用いて下記のような条件でE’およびE”をそれぞれ測定した後、下記数式4によりTan delta値を計算することができる。
<測定条件>
周波数(Frequency)固定(Frequency sweep/Amplitude:15μm)
温度変化:室温(RT)から150℃まで3℃/minの速度で温度を増加させる
[数式4]
Tan delta=E’/E”
Tan deltaが100℃以上、より具体的には110℃以上であれば、「耐熱性優秀」と判断し得る。
また、前記ポリエステルフィルムは優れた耐熱度によって低いstrainを示すことができる。具体的には前記ポリエステルフィルムが厚さが1mmの未延伸フィルムであるか、または厚さが200μmの延伸フィルムであるとき、100℃でのstrainが3%以下、あるいは1~3%であり得る。
本発明において、strain(%)は動的機械分析装置(DMA)と時間-温度重畳法(time-temperature superposition,TTS)を用いてCreep TTS試験により算出することができる。具体的にはCreep TTS試験ではポリエステルフィルムを室温(RT)から昇温させるが、温度が100℃であるとき、前記フィルムに対して等温条件で10MPaの応力を10分間印加する。そして、応力印加前フィルムの長さに対して100℃で応力印加によって変形されたフィルムの長さだけを、下記数式5によりstrain(%)に換算する。
[数式5]
strain(%)=[(100℃で応力印加完了後ポリエステルフィルムの長さ-応力印加前ポリエステルフィルムの長さ)/応力印加前ポリエステルフィルムの長さ]×100
100℃でのstrainが3%を超えると変形程度を肉眼で識別できるので、100℃でのstrainが3%以下である場合、優れた耐熱性を示すと評価する。
また、前記ポリエステルフィルムは優れた接着性を示し得、特に紙に対しても優れた接着性を示すことができる。
前述したように発明の一実施形態によるポリエステルフィルムは優れた耐熱性、透明性および接着性により多様な分野に活用されることができ、特に高透明性が求められる光学用フィルム、高い耐熱性および耐化学性が求められる食品容器用フィルムまたは印刷用フィルム、そして高い接着性およびヒートシーリング性が求められる接着フィルムまたは包装用フィルムなどの用途に特に有用であると期待される。
以下、発明の具体的な実施例により発明の作用、効果についてより具体的に説明する。ただし、これは発明の例示として提示されたものであり、発明の権利範囲はこれによっていかなる意味でも限定されるものではない。
下記の物性は次のような方法により測定された。
(1)固有粘度(IV)
試料をオルトクロロフェノール(o-chlorophenol)に1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させた後Ubbelohde粘度管を用いて試料の固有粘度を測定した。具体的には、粘度管の温度を35℃に維持し、粘度管の特定内部区間の間を溶媒(solvent)のオルトクロロフェノールが通過するのにかかる時間(efflux time)tと、前記溶媒に試料が溶解した溶液(solution)が通過するのにかかる時間tを求めた。以後、t値とt値を数式2に代入して比粘度(specific viscosity:ηsp)を算出し、算出された比粘度値を数式3に代入して固有粘度を算出した。
Figure 0007474263000001
前記数式3において、AはHuggins定数として0.247、cは濃度値として1.2g/dlの値がそれぞれ使用された。
溶融固有粘度の場合、重縮合反応後に収得された高分子を試料として使用し、固相固有粘度の場合、結晶化および固相重合反応後に収得された高分子を試料として使用した。
(2)イソソルビド(ISB)および1,4-シクロヘキサンジメタノール(CHDM)由来のジオール部分の含有量
最終的に製造されたポリエステル樹脂の試料をDeuterated chloroform(CDCl)溶媒に3mg/mLの濃度で溶解した後、核磁気共鳴装置(JEOL、600MHz FT-NMR)を用いて25℃で得た1H-NMRスペクトル分析結果からイソソルビド(ISB)由来の第1ジオール部分および1,4-シクロヘキサンジメタノール(CHDM)由来の第2ジオール部分の含有量をそれぞれ確認した。
(3)フィルムの厚さ
実施例および比較例で製造したポリエステルフィルムの断面を光学顕微鏡(Optical Microscope)で観察し、多様な位置での厚さを確認した後、フィルムの厚さの平均値を求めた。
(4)Tan delta
実施例および比較例で製造したポリエステルフィルムの耐熱性評価のために、製造したフィルムをそれぞれ30mm×5.3mm(縦方向長さ×横方向長さ)の大きさに切って試験片を準備し、動的機械分析装置(DMA)を用いて下記のような条件でヤング率(E’)および損失弾性率(E”)を測定した後、下記数式4によりTan delta値を算出した。
<測定条件>
周波数(Frequency)固定(Frequency sweep/Amplitude:15μm)
温度変化:室温(RT)から150℃まで3℃/minの速度で温度を増加させる
[数式4]
Tan delta=E’/E”
Tan deltaが100℃以上、より具体的には110℃以上であれば、「耐熱度優秀」と判断し得る。
(5)strain
試験片に応力を加えると応力に相応する変形が試験片に発生し、試験片に一定応力を加えた状態に置いても時間の経過に伴い試験片に漸進的な変形が生じるクリープ現象が発生する。
そこで、前記実施例および比較例で製造したポリエステルフィルムの温度による変形特性を予測するために、動的機械分析装置(DMA)と時間-温度重畳法(TTS)を用いてCreep TTS試験を行った。
Creep TTS試験では実施例および比較例で製造したポリエステルフィルムの試験片(縦方向長さХ横方向長さ=30mmХ5.3mm)を室温(RT)から昇温させるが、温度が90℃、100℃、および110℃であるとき、試験片に対して等温条件で10MPaの応力を10分間ずつ印加した。そして、応力印加前試験片の長さに対して90℃、100℃、または110℃での応力印加によって変形された試験片の長さだけを、下記数式6によりstrain(%)に換算した。
[数式6]
strain(%)=[(90℃、100℃、または110℃での応力印加完了後ポリエステルフィルム試験片の長さ-応力印加前ポリエステルフィルム試験片の長さ)/応力印加前ポリエステルフィルム試験片の長さ]×100
一例として、100℃でのstrainの場合、前記数式6における「100℃で応力印加完了後ポリエステルフィルム試験片の長さ」に、100℃でポリエステルフィルム試験片に対して等温条件で10MPaの応力を10分間印加した後変形されたポリエステルフィルム試験片の長さ測定値を代入することによって求めることができる(前述した数式5を参照)。
90℃、100℃、および110℃のそれぞれの温度による変形程度を確認した結果、90℃では100℃に比べて小さいstrainを示し、110℃は100℃に比べて高いstrainを示した。そこで、100℃でのstrain値を耐熱度の評価基準とし、100℃でのstrainが3%を超えると変形程度を肉眼で識別できるので、100℃でのstrainが3%以下である場合、優れた耐熱性を示すと評価した。
(6)接着性
Heat Gradient Tester設備を用いて、紙の間に実施例および比較例で製造したポリエステルフィルムを位置させた後230℃で3秒間接着させて紙と接着の有無を確認して下記基準により評価した。
O:接着された
X:接着されていない
(7)ヘイズ(Haze)
実施例および比較例で製造したポリエステルフィルムを10cm×10cm(縦方向長さ×横方向長さ)の大きさに切って試験片を準備した。前記試験片に対してMinolta社のCM-3600A測定機を用いてASTM D1003-97測定法で前記試験片の平行透過率と拡散透過率を測定した。透過率は平行透過率と拡散透過率を合計した値に規定され、ヘイズは透過率に対する拡散透過率の百分率(ヘイズ=拡散透過率/透過率×100)に規定される。したがって、前記試験片の平行透過率と拡散透過率からヘイズを求めた。
Haze 3を基準として、Haze 3以下であるとき透明度が優れると判断した。
<ポリエステル樹脂の製造>
製造例1
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)3257.4g(19.6mol)、エチレングリコール(EG)1180.1g(19.0mol)、イソソルビド(ISB)229.2g(1.6mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対して5モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 1.0g(GeO/TPAの投入モル比=1.05)、安定剤としてリン酸(phosphoric acid)1.46g、呈色剤として酢酸コバルト(cobalt acetate)0.7gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を260℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を280℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.55dl/gになるまで行った。反応物の固有粘度が所望する水準に到達すると、反応物を反応器の外部に吐出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
前記粒子を窒素雰囲気下に150℃で1時間の間放置して結晶化した後、20L溶滴の固相重合反応器に投入した。その後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を室温から140℃まで40℃/hrの速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/hrの速度で昇温して200℃で維持した。前記固相重合反応は反応器内の粒子の固有粘度(固相IV)が0.70dl/gになるまで行った。
収得したポリエステル樹脂に含まれた全体酸由来部分に対するTPA由来の酸部分の含有量は100モル%であり、全体ジオール由来部分に対するISB由来部分の含有量は5モル%であった。
製造例2
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)3354.8g(20.2mol)、エチレングリコール(EG)1403.4g(22.6mol)、イソソルビド(ISB)531.1g(3.6mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBで誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対して10モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 1.0g(GeO/TPAの投入モル比=1.3)、安定剤としてリン酸1.46g、呈色剤として酢酸コバルト0.7gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を260℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を270℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.50dl/gになるまで行った。反応器物の固有粘度が所望する水準に到達すると、反応物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
前記粒子を70℃の水で5時間保管した後、窒素雰囲気下に150℃で1時間の間放置して結晶化し、20L溶滴の固相重合反応器に投入した。その後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を室温から140℃まで40℃/hrの速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/hrの速度で昇温して200℃で維持した。前記固相重合反応は反応器内の粒子の固有粘度(固相IV)が0.75dl/gになるまで行った。
製造例3
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)3110.9g(18.7mol)、エチレングリコール(EG)1161.9g(18.7mol)、イソソルビド(ISB)820.8g(5.6mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対して16モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 1.0g(GeO/TPAの投入モル比=1.3)、安定剤としてリン酸1.46g、blueトナー(PolysynthrenTM Blue RLS,Clarient社)0.015g、redトナー(SolvapermTM Red BB,Clarient社)0.004g、結晶化剤としてpolyethylene 1ppm、酸化防止剤(IganoxTM 1076)100ppm、そして分岐剤としてTrimellitic anhydrate 100ppmを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を260℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を275℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応物の固有粘度(溶融IV)が0.60dl/gになるまで行った。反応物の固有粘度が所望する水準に到達すると、反応物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
製造例4
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にジメチルテレフタレート(DMT)3775.4g(19.5mol)、エチレングリコール(EG)2654.5g(42.8mol)、イソソルビド(ISB)852.4g(5.8mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対して10モル%になるように含有量を調節し、触媒としてMn(II)acetate tetrahydrate 1.5gとSb 1.8g((Mn(II)acetate tetrahydrate+Sb)/DMTの投入モル比=2.5)、安定剤としてリン酸1.46g、呈色剤として酢酸コバルト0.7gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を240℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を265℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.50dl/gになるまで行った。反応物の固有粘度が所望する水準に到達すると、反応物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
前記粒子を窒素雰囲気下に150℃で1時間の間放置して結晶化した後、20L溶滴の固相重合反応器に投入した。その後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を室温から140℃まで40℃/hrの速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/hrの速度で昇温して200℃で維持した。前記固相重合反応は反応器内の粒子の固有粘度(固相IV)が0.75dl/gになるまで行った。
製造例5
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)3226.4g(19.4mol)、イソフタル酸(IPA)169.8g(1.0mol)、エチレングリコール(EG)1420.7g(22.9mol)、イソソルビド(ISB)537.7g(3.7mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対して10モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 1.0g(GeO/(TPA+IPA)の投入モル比=1.3)、安定剤としてリン酸1.46g、呈色剤として酢酸コバルト0.7gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を260℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を280℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.50dl/gになるまで行った。反応物の固有粘度が所望する水準に到達すると、混合物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
前記粒子を窒素雰囲気下に150℃で1時間の間放置して結晶化した後、20L溶滴の固相重合反応器に投入した。その後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を室温から140℃まで40℃/hrの速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/hrの速度で昇温して200℃で維持した。前記固相重合反応は反応器内の粒子の固有粘度(固相IV)が0.75dl/gになるまで行った。
製造例6
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)3112.7g(18.8mol)、エチレングリコール(EG)1209.1g(19.5mol)、シクロヘキサンジメタノール(CHDM)162.0g(1.1mol)、イソソルビド(ISB)547.4g(3.8mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBから由来したジオール部分およびCHDMから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対してそれぞれ10モル%および6モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 1.0g(GeO/TPAの投入モル比=1.05)、安定剤としてリン酸1.46g、呈色剤として酢酸コバルト0.9gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を260℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を270℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.70dl/gになるまで行った。反応物の固有粘度が所望する水準に到達すると、反応物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
比較製造例1
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)3456.2g(20.8mol)、エチレングリコール(EG)1536.1g(24.8mol)、およびイソソルビド(ISB)182.4g(1.2mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対して3モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 1.0g(GeO/TPAの投入モル比=1.25)、安定剤としてリン酸1.46g、呈色剤として酢酸コバルト0.7gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を260℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を280℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.55dl/gになるまで行った。反応物の固有粘度が所望する水準に到達すると、反応物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
前記粒子を窒素雰囲気下に150℃で1時間の間放置して結晶化した後、20L溶滴の固相重合反応器に投入した。その後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を室温から140℃まで40℃/hrの速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/hrの速度で昇温して200℃で維持した。前記固相重合反応は反応器内の粒子の固有粘度(固相IV)が0.70dl/gになるまで行った。
比較製造例2
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)2988.9g(18.0mol)、エチレングリコール(EG)1228.0g(19.8mol)、シクロヘキサンジメタノール(CHDM)777.8g(5.4mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたCHDMから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対して30モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 0.7g(GeO/TPAの投入モル比=1.4)、安定剤としてリン酸1.2g、呈色剤として酢酸コバルト0.5gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より2.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を255℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を275℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.80dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望する水準に到達すると、混合物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
比較製造例3
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)3060.8g(18.4mol)、エチレングリコール(EG)971.7g(15.7mol)、イソソルビド(ISB)1076.8g(7.4mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対して20モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 1.0g(GeO/TPAの投入モル比=1.25)、安定剤としてリン酸1.46g、そしてblueトナー(PolysynthrenTM Blue RLS,Clarient社)0.017gおよびredトナー(SolvapermTM Red BB,Clarient社)0.006gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を265℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を280℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.60dl/gになるまで行った。反応物の固有粘度が所望する水準に到達すると、反応物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
比較製造例4
カラムと、水によって冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器にテレフタル酸(TPA)3156.2g(19.0mol)、エチレングリコール(EG)730.9g(11.8mol)、シクロヘキサンジメタノール(CHDM)684.5g(4.8mol)、イソソルビド(ISB)499.7g(3.4mol)を投入するが、最終ポリエステル樹脂に導入されたISBから由来したジオール部分およびCHDMから誘導されたジオール部分が全体ジオール部分に対してそれぞれ10モル%および25モル%になるように含有量を調節し、触媒としてGeO 1.0g(GeO/TPAの投入モル比=1.05)、安定剤としてリン酸1.46g、呈色剤として酢酸コバルト0.9gを使用した。引き続き、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmだけ高い加圧状態にした。
そして、反応器の温度を260℃まで上げ、同一温度を維持し、反応器内の混合物が透明になるまでエステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て未反応ISBおよび副産物などが流出した。エステル化反応が完了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の温度を270℃まで1時間にわたって上げ、反応器の圧力を1Torr以下に維持しながら重縮合反応を実施した。前記重縮合反応は反応器内の反応物の固有粘度(溶融IV)が0.70dl/gになるまで行った。反応物の固有粘度が所望する水準に到達すると、反応物を反応器の外部に吐出してストランド化し、これを冷却液で固化後平均重量が12~14mg程度になるように粒子化した。
前記製造例および比較製造例で製造したポリエステル樹脂に対して固有粘度(IV)、ISBおよびCHDMから由来したジオール部分の含有量をそれぞれ測定した。その結果を下記表1に示した。
Figure 0007474263000002
前記表1において、「ND」はポリエステル樹脂の製造時重縮合工程以後、結晶化および固相重合反応を行わなかったため、固相固有粘度(IV)が測定されなかったことを意味する。
また、前記表1において、
1)溶融IV:ポリエステル樹脂の製造時重縮合反応後に収得された反応物の固有粘度
2)固相IV:ポリエステル樹脂の製造時、重縮合反応後、結晶化および固相重合反応により収得された反応物の固有粘度
3)ISB含有量:最終的に製造されたポリエステル樹脂に含まれた全体ジオールから誘導されたジオール部分100モル%に対するイソソルビド(ISB)から誘導されたジオール部分のモル比
4)CHDM含有量:最終的に製造されたポリエステル樹脂に含まれた全体ジオールから誘導されたジオール部分100モル%に対するシクロヘキサンジメタノール(CHDM)から誘導されたジオール部分のモル比
<ポリエステルフィルムの製造>
実施例1
押出機にポリエチレンテレフタレート(SKケミカル社のSKYPETTM BL8050 Grade、融点255℃)および前記製造例1で製造したポリエステル樹脂を70:30の重量比で投入して250~300℃の温度で溶融させた。
そして、ダイによりポリエステル樹脂を押出して未延伸ポリエステルシートを製造した。引き続き、前記未延伸ポリエステルシートを1倍の延伸比で縦方向に延伸し、1倍の延伸比で横方向に延伸した後、100~220℃で熱固定し、巻き取りして、厚さ1mmのポリエステルフィルムを製造した。
実施例2~5
下記表2に記載された条件でそれぞれの樹脂を配合し、延伸を行うことを除いては前記実施例1と同様の方法で行って厚さ1mmのポリエステルフィルムを製造した。
実施例6~11
下記表2に記載された条件でそれぞれの樹脂を配合し、延伸を行うことを除いては前記実施例1と同様の方法で行って厚さ200μmのポリエステルフィルムを製造した。
実施例12
押出機にポリエチレンテレフタレートおよび前記製造例3で製造したポリエステル樹脂を65:35の重量比で投入し、結晶化剤としてPloyethylene(マスターバッチ(m/B)形態で製造)を前記ポリエチレンテレフタレートおよびポリエステル樹脂総重量に対して200ppmの含有量で投入した後、250~300℃の温度で溶融させた。
そして、ダイによりポリエステル樹脂を押出して未延伸ポリエステルシートを製造した。引き続き、前記未延伸ポリエステルシートを2.5倍の延伸比で縦方向に延伸し、3倍の延伸比で横方向に延伸した後、熱固定し、巻き取りして、厚さ200μmのポリエステルフィルムを製造した。
実施例13
下記表2に記載された条件でそれぞれの樹脂および添加剤を配合し、延伸を行うことを除いては前記実施例12と同様の方法で行って厚さ200μmのポリエステルフィルムを製造した。
実施例14および15
下記表2に記載された条件でそれぞれの樹脂を配合し、延伸を行うことを除いては前記実施例1と同様の方法で行って厚さ200μmのポリエステルフィルムを製造した。
実施例16
下記表2に記載された条件でそれぞれの樹脂および添加剤を配合し、延伸を行うことを除いては前記実施例1と同様の方法で行って厚さ1mmのポリエステルフィルムを製造した。
実施例17
下記表2に記載された条件でそれぞれの樹脂および添加剤を配合し、延伸を行うことを除いては前記実施例1と同様の方法で行って厚さ200μmのポリエステルフィルムを製造した。
比較例1
押出機にポリエチレンテレフタレート(SKケミカル社のSKYPETTM BL8050 Grade)のみを100重量部投入して250~300℃の温度で溶融させた。
そして、ダイによりポリエステル樹脂を押出して未延伸ポリエステルシートを製造した。引き続き、前記未延伸ポリエステルシートを1倍の延伸比で縦方向に延伸し、1倍の延伸比で横方向に延伸した後、熱固定し、巻き取りして、ポリエステルフィルムを製造した。
比較例2~10
下記表3に記載された条件でそれぞれの樹脂を配合し、延伸を行うことを除いては前記実施例1と同様の方法で行ってポリエステルフィルムを製造した。
Figure 0007474263000003
Figure 0007474263000004
前記表2および3において、添加剤の含有量は樹脂Aと樹脂Bの総重量を基準とした重量単位である。また、前記表3において、比較例7および8の場合、記載された延伸比で延伸工程を行おうとしたが、ポリエステル樹脂内に含まれたISBおよびCHDM由来のジオール部分の高い含有量により非結晶性が増加することによって、延伸配向が不可能であった。
試験例:ポリエステル延伸フィルムの物性評価
前記実施例1~17、および比較例1~10で製造したポリエステル樹脂の物性を上述した方法により評価し、その結果を表4および5に記載した。ただし、比較例7および8の場合、延伸フィルムが製造されなかったので、物性評価が不可能であった。
Figure 0007474263000005
Figure 0007474263000006
前記表5において、N.D.は測定不可を意味する。
前記実験の結果から、実施例と比較例のポリエステルフィルムは同じフィルム厚さで樹脂の種類によって物性差を示すことを確認することができ、ポリエステル樹脂内のジオールから誘導されたジオール部分100モル%に対して、ISBおよびCHDMのうち少なくとも一つから誘導されたジオール部分を18モル%以下の含有量で含み、ISBから誘導されたジオール部分を4~18モル%の含有量で含むポリエステル樹脂(樹脂B)をポリエチレンテレフタレートと最適重量比で混合して製造した実施例のポリエステルフィルムは、比較例と比較して優れた耐熱性と共に顕著に改善された透明性と接着性を示すことがわかる。
具体的には、ポリエチレンテレフタレート単独で用いて製造した比較例1および5の結果から、延伸工程によって耐熱性およびヘイズ特性をより改善させ得るが、ポリエチレンテレフタレートの高い結晶性により接着性を示さないことを確認することができる。
また、比較例2、6および10の結果から、ポリエチレンテレフタレートと前記条件を満たすポリエステル樹脂を混合しても、ポリエステル樹脂内のISB由来のジオール部分の含有量が低いか、または混合されるポリエステル樹脂の含有量が充分でない場合、延伸の有無に関係なく依然として接着性を実現できないことを確認することができる。
一方、ポリエステル樹脂内のISB由来のジオール部分の含有量が高いか、または混合されるポリエステル樹脂の含有量が高い場合には結晶性の低下により接着性を実現できるが、比較例4のようにポリエステル樹脂内のISB由来のジオール部分の含有量が過度に高い場合、かえってstrainが大きく増加し、ヘイズ特性が低下し、また、比較例9のように、混合されるポリエステル樹脂の含有量が過度に高い場合にはstrainが増加した。
また、比較例3の結果から、ポリエステル樹脂がISB由来のジオール部分を含まない場合、耐熱性およびヘイズ特性が低下し、strainが増加し、これを延伸しようとした比較例9の結果から確認されるように増加した非結晶性により延伸工程が不可能であった。
また、比較例7の結果からポリエステル樹脂がISB由来のジオール部分を含んでもISBとCHDM由来のジオール部分の総含有量が過度に高い場合、非結晶性の増加によって延伸工程が不可能であった。
このような結果から本発明での耐熱性、接着性および透明性の改善効果の実現のためにはポリエステル樹脂とポリエチレンテレフタレートの混合比と、前記ポリエステル樹脂内のISBおよびCHDM由来のジオール部分の含有量条件が同時に制御されるべきであることがわかる。
上記した実験結果からISBおよびCHDM由来のジオール部分の含有量が制御されたポリエステル樹脂と、ポリエチレンテレフタレートを最適の混合比で含む本発明の一実施形態によるポリエステル延伸フィルムは、優れた接着性と共に耐熱性および透明性を示し得、その結果、産業用フィルム、食品容器用フィルム、包装用フィルム、光学用フィルム、絶縁用フィルム、印刷用フィルムまたは接着フィルムなどの多様な用途に有用であると期待される。

Claims (15)

  1. ポリエチレンテレフタレートおよびポリエステル樹脂を60408515の重量比で含む混合物から形成された樹脂層を含むポリエステルフィルムであって
    前記ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有し、ジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対してイソソルビドから誘導された第1ジオール部分(a)およびシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分(b)の含有量が下記数式1の条件を満たし、
    前記ポリエステルフィルムが延伸フィルムであり、
    厚さが200μmであるとき、ASTM D1003-97により測定されたヘイズが2%以下であり、
    下記数式4により計算したTan deltaが115℃以上であり、
    下記数式5により計算した、100℃でのstrainが2.5%以下であり、
    紫外線遮断剤を含まない、ポリエステルフィルム。
    [数式1]
    b≦18モル%-a
    (前記数式1において、aはイソソルビドから誘導された第1ジオール部分の含有量(モル%)で、前記ポリエステル樹脂内のジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対して1016モル%であり、bはシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分のモル%である。)
    [数式4]
    Tan delta=E’/E”
    (前記数式4において、E’およびE”はそれぞれポリエステルフィルムに対して動的機械分析装置を用いて周波数固定および室温から150℃まで3℃/minの速度で温度が増加する昇温条件で測定したヤング率および損失弾性率である。)
    [数式5]
    strain(%)=[(100℃で応力印加完了後ポリエステルフィルムの長さ-応力印加前ポリエステルフィルムの長さ)/応力印加前ポリエステルフィルムの長さ]×100
    (前記数式5において、前記応力印加完了後ポリエステルフィルムの長さおよび応力印加前ポリエステルフィルムの長さは、Creep TTS試験により、ポリエステルフィルムに対して室温から昇温工程を行うが、温度が100℃であるとき、前記フィルムに対して等温条件で10MPaの応力を10分間印加し、応力印加によって変形されたフィルムの長さおよび応力印加前フィルムの長さを測定した値である。)
  2. 前記ジカルボン酸あるいはその誘導体は、テレフタル酸あるいはその誘導体を含む、請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  3. 前記ジカルボン酸あるいはその誘導体は、テレフタル酸あるいはその誘導体以外のジカルボン酸あるいはその誘導体であって、炭素数8~14の芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体、および炭素数4~12の脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘導体からなる群より選ばれた1種以上を全体ジカルボン酸あるいはその誘導体に対して60モル%以下で含む、請求項2に記載のポリエステルフィルム。
  4. 前記ポリエステル樹脂は中心金属原子を基準として1ppm~300ppmの重縮合触媒、10ppm~5000ppmのリン系安定剤、1ppm~300ppmのコバルト系呈色剤、1ppm~200ppmの結晶化剤、10ppm~500ppmの酸化防止剤、および10ppm~300ppmの分岐剤のうち1種以上をさらに含み、
    前記結晶化剤は、結晶核剤、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂またはこれらの混合物である、
    請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  5. 前記ポリエステル樹脂はオルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した固有粘度が0.50~1.00dl/gである、請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  6. 前記ポリエチレンテレフタレートは、融点が220~260℃である、請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  7. 前記ポリエチレンテレフタレートは、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分、およびエチレングリコールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造からなる、請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  8. 前記ポリエステルフィルムは、前記ポリエチレンテレフタレートおよびポリエステル樹脂総重量に対して5~200ppmの含有量で結晶化剤をさらに含み、
    前記結晶化剤は、結晶核剤、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂またはこれらの混合物である、
    請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  9. 前記ポリエステルフィルムは縦方向および横方向のうち1以上の方向に延伸された延伸フィルムである、請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  10. 前記ポリエステルフィルムは縦方向延伸比2~5倍、および横方向延伸比2~7倍に二軸延伸された延伸フィルムである、請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  11. ポリエチレンテレフタレートおよびポリエステル樹脂を60:40~85:15の重量比で混合後溶融押出し、前記ポリエチレンテレフタレートおよびポリエステル樹脂から形成された樹脂層を含むポリエステルフィルムを製造する段階を含み、
    前記ポリエステルフィルムの製造後、前記ポリエステルフィルムを縦方向および横方向のうち1方向以上に延伸する段階をさらに含み、
    前記ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有し、前記ジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対してイソソルビドから誘導された第1ジオール部分(a)およびシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分(b)の含有量が下記数式1の条件を満たす、請求項1によるポリエステルフィルムの製造方法。
    [数式1]
    b≦18モル%-a
    (前記数式1において、aはイソソルビドから誘導された第1ジオール部分の含有量(モル%)で、前記ポリエステル樹脂内のジオールから誘導された全体ジオール部分100モル%に対して10~16モル%であり、bはシクロヘキサンジメタノールから誘導された第2ジオール部分のモル%である。)
  12. 前記延伸はポリエステルフィルムを縦方向延伸比2~5倍、横方向延伸比2~7倍への二軸延伸工程で行われる、請求項11に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
  13. 前記延伸段階の後、延伸されたポリエステルフィルムを100~220℃で熱固定する段階をさらに含む、請求項11に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
  14. 前記ポリエステルフィルムの製造段階でのポリエチレンテレフタレートおよびポリエステル樹脂の混合前に、
    (a0-1)ジカルボン酸あるいはその誘導体と、ジオールのエステル化反応またはエステル交換反応段階;および
    (a0-2)オルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した固有粘度が0.45~0.65dl/gに到達するように、前記エステル化またはエステル交換反応生成物を重縮合反応させてポリエステル樹脂を製造する段階をさらに含む、請求項11に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
  15. 前記(a0-2)段階後(a)段階前に、
    (a0-3)前記重縮合反応で製造されたポリマーを結晶化する段階および
    (a0-4)オルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度で150℃で15分間溶解させて35℃で測定した固有粘度が前記(a0-2)段階で得たポリマーの固有粘度より0.10~0.40dl/g高い値に到達するように前記結晶化されたポリマーを固相重合する段階をさらに含む、請求項14に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
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