KR0130619B1 - 열가소성수지 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 수지 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 종연신 및 횡연신 공정을 통하여 이축연신된 필름을 열처리한 후 냉각시키는 단계를 포함하는 연가소성수지 필름의 제조방법에 있어서, 상기 열처리 단계에서 횡연신공정 후 다음식 (1)을 만족하는 구간에서 필름의 양단부로부터 중앙부까지, 고승온속도에서 저승온속도로 특정 열고정 온도까지 횡방향으로 승온속도의 구배를 부여함과 동시에 1∼5%의 재횡연신을 행하고, 상기 냉각단계로서 다음식 (2)를 만족하는 구간에서 필름온도를 L 이하까지 급냉시기는 것을 특징으로 하는 이축연신 열가소성수지 필름의 제조방법이다.

0.25 ≤ L/W ≤ 0.9 (1)

L/W ≤ 1.0 (2)

(상기식에서, L : 횡방향 승온속도의 구배를 부여하는 구간, W : 필름의 전폭길이이다. )

상기한 방법에 따르면 보잉 현상이 억제되어 횡방향으로 균일한 물성을 갖는 수지 필름을 제조할 수 있다.

Description

열가소성수지 필름의 제조방법.

제1도는 이축연신 필름에 대하여 열고정시 나타나는 보잉현상을 설명하기 위한 도면이다.

제2도는 이축연신 필름에 대하여 횡연신 직후 열고정시 승온속도의 구배를 부여하는 방법을 보여주기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

L : 횡방향 승온속도의 구배를 부여하는 구간 W : 필름의 전폭길이

0 : 적외선 가열기가 필름의 진행방향으로 양단부에서 중앙부로 경사진 각도

R : 적외선 가열기 b : 기준직선으로부터 활꼴모양 정점까지의 거리

본 발명은 열가소성수지 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 횡연신기 내에, 횡연신 및 열고정 과정에서 야기되는 수지필름의 보잉(bowing) 현상을 억제하여 폭방향으로 균일한 물리적 및/또는 화학적 성질을 갖는 열가소성수지 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.

포장재, 절연재, 유리 대체품 등에서와 같이 여러가지로 유용하게 적용되는 폴리에스테르 필름은 통상적으로 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 반응시켜 생성된 점을 용융 압출시켜 쉬트로 성형한 후, 종-횡의 이축방향으로 연신하고 냉각시키는 공정을 통하여 제조되고 있다. 즉, 무정형, 무매향의 폴리에스테르 쉬트 또는 종연신 공정을 거친 쉬트를 횡연신기 내에서 예열(preheating), 연신(stretching), 열고정(heat setting) 등의 처리를 하여 제조된다.

열가소성수지 필름, 특히 호모폴리에스테르, 코폴리에스테르 또는 혼합 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2, 6-나프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌-2, 6-나프탈렌 카르복실레이트, 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르계 및 기타 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 나일론, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리페닐렌설파이트 등으로 제조된 필름은 포장용, 기록매체용, 공업용, 기타 여러가지 용도로 사용되는데, 이들 제품에 있어서는 횡방향으로 균일한 물성치를 갖도록 제조된 필름이 절실하게 요구되고 있다. 필름의 물성 즉, 연수축율, 기계적 강도, 밀도 등이 횡방향으로 불균일한 경우, 코팅, 중착, 재단, 인쇄 등의 후가공 공정에서 각종 폐해가 야기되어 제품의 품질이 저하되는 예가 적지 않다. 이런 경우 필름의 후가공에서 허용되는 횡방향의 균일성을 만족시키도록 제품을 생산하게 되면 수율이 저하된다는 문제가 있다. 따라서 필름의 횡방향 물성을 균일화시키기 위한 많은 노력이 수행되었다,

그러나 종래의 제조방법으로는 필름의 횡방향 물성을 균일화하는 것이 극히 곤란하다. 왜냐하면, 횡연신기(또는 텐터) 내에서는 필름의 양단부를 클립이 파지하고 있으므로 종연신 및 횡연신 공정에서 야기된 종방향의 연신 응력과 열고정공정에서 야기되는 수축응력에 대하여 필름의 양단부는 클립에 의해 그 변형이 구속되는 반면에, 필름의 중앙부는 클립의 영향이 적어 변형에 대한 구속력이 약하기 때문이다.

제1도는 이축연신 필름에 대하여 열고정시 나타나는 보잉현상을 설명하기 위한 도면이다. 횡연신기의 입구에서 먹줄을 이용하여 필름의 표면에 횡방향으로 일직선을 긋고 열처리 공정을 수행한 후 횡연신기의 출구에서 이를 관찰하면, 도면에서와 같이 필름의 중앙부는 기준 직선으로부터 활꼴모양의 정점까지 b만큼 활꼴모양으로 변형되어 있는 것을 불 수 있는데, 이를 보잉(bowing) 현상이라고 한다. 도면에서 W는 필름의 폭을 나타내고 화살표는 필름의 진행방향을 나타낸다.

결국 횡연신기내에서 양단부와 중앙부간에 구속력의 차이로 인해 중앙부가 필름 진행방향의 반대로 밀려서 발생하는 필름의 보잉 현상은, 필름의 제막공정에 있어서 이축연신과 열고정 과정에 수반되어 본래부터 발생하는 근본적인 문제점이다. 이러한 보잉현상이 바로 필름의 횡방향 물성치의 불균일을 일으키는 원인이 된다.

상기한 보잉현상을 방지하기 위하여 지금까지 여러가지 방법이 시도되었다. 예를 들면, 일본국 특허 공보 소39-29214호에는 가열롤에 의한 열처리 방법을 개시하는데, 이에 따르면 가연롤에 의해 양단부가 구속되지 않고 열처리되기 때문에 폭수축이 야기된다는 문제가 있다.

일본국 특허 공보 소42-9273호에는 필름의 횡방향으로 온도구배를 주면서 열처리하는 방법이 개시되어 있고, 일본국 특허 공개 공보 소62-183327 및 183328호에는 풍속(또는 풍량)의 변화를 주거나, 필름 양단부를 강제적으로 가열하는 것으로 열처리하는 방법이 개시되어 있는데, 이들에 의하면 설비가 복잡해지고 조건 조정 시간이 장기화됨에 따라 유효가동률이 저하되는 등의 단점이 있다.

또한 일본국 특허 공개 공보 소50-73978호에는 횡연신기 내에서의 횡연신공정과 열처리공정 사이에 설치된 닢롤(nip roll)에 의해 횡연신 종료 후의 필름을 열처리하는 방법이 개시되어 있고, 일본국 특허 공보 소63-24459호에는 닢롤에 의해 필름의 중앙부위를 강제적으로 전진시키는 방법이 개시되어 있는데, 이들은 모두 고온에서 롤과의 접촉으로 인한 필름의 손상이 치명적인 문제점으로 지적되고 있다.

한편, 횡연신공정 후 냉각공정을 부여하는 열처리방법이 일본국 특허 공개 공보 평3-130126, 평3-130127, 평4-142916 및 평4-142917호에 개시되어 있는데, 이에 의하면 전폭 길이보다 긴 구간에서 냉각처리가 됨에도 불구하고 필름의 보잉 현상을 감소시키는 효과는 거의 없을 뿐 아니라 설비의 증가 및 에너지의 낭비 등 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

횡연신기 내에서의 횡연신 공정 후 필름 전폭에 승온속도를 부여하는 열처리방법이 일본국 특허 공개 공보 소61-8324호 및 평1-204723호에 개시되어 있는데, 이에 따르면 필름 전폭에 대하여 균일하게 열처리를 수행할 수는 있지만 횡방향 구속력의 편차는 줄일 수 없다는 문제점이 있다,

본 발명의 목적은 종래의 열처리 방법이 갖고 있는 보잉현상이라는 문제점을 해결하기 위하여 텐터식 열처리 방법을 활용하고, 열고정 공정의 특정구간에서 필름의 폭방향으로 승온속도의 구배를 부여하는 동시에 재형연신 및 특정 냉각구간에서의 급냉처리를 통하여 필름의 횡방향 품질의 균일화를 꾀한 열가소성수지 필름의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적은 종연신 및 횡연신 공정을 퉁하여 이축연신된 필름을 열처리한 후 냉각시키는 단계를 포함하는 열가소성수지 필름의 제조방법에 있어서, 상기 열처리단계로서 횡연신공정 후 다음식 (1)을 만족하는 구간에서 필름의 양단부로부터 중앙부까지, 고승온속도에서 저승온속도로 특정 열고정 온도까지 횡방향으로 승온속도의 구배를 부여함과 동시에 1∼5%의 재횡연신을 행하고, 상기 냉각단계로서 다음식 (2)를 만족하는 구간에서 필름온도를 Tg 이하까지 급냉시키는 것을 특징으로 하는 이축연신 열가소성수지 필름의 제조방법에 의해 달성된다.

0.25 ≤ L/W ≤ 0.9 (1)

L/W ≤ 1.0 (2)

(상기식에서, L : 횡방향으로 승온속도의 구배를 부여하는 구간, W : 필름의 전폭길이이다.)

본 발명의 방법에 따라 횡연신 후의 필름을 특정구간에서 승온속도의 구배를 부여하여 열처리하게 되면, 종방향 수축응력이 양단부에서부터 중앙부로 순차적으로 완화되기 때문에 종방향 수축응력이 전체적으로 감소하게 되어 보잉량이 적어지게 된다. 그리고 상기 열처리에 재횡연신이 수반되면 횡방향으로 인장응력이 가해지기 때문에 종방향으로 수축되는 것이 방해되고 이어지는 특정 냉각구간에서의 급냉처리에 의해서 변형에 대한 저항력이 증가하게 되므로 종방향으로 수축되는 것이 더욱 방해되어 보잉량은 더욱 적어지게 되는 것이다.

공지의 방법에 따라 중합반응에 의해 생산한 칩을 건조공정을 거친 다음 용융압출시켜 쉬트를 성형하고 종-횡방향으로 이축연신한 필름을 본 발명의 방법에 따라 열처리하여 필름 완제품을 생산하게 된다.

제2도는 이축연신 필름에 대하여 본 발명의 방법에 따라 횡연신 후 열처리할 때 승온속도의 구배를 부여하는 방법을 부여주기 위한 도면이다. 즉, 형연신된 이축연신 필름을 열처리하기 위한 적외선 가연기(R)를, 열처리부 시작점의 양단부에서 횡연신기 중앙부로 경사각도 θ를 갖도록 설치하여 승온속도의 구배를 주도록 하는 것이다. 도면에서 L은 승온속도의 구배를 부여하는 열처리구간을 나타내고, W는 필름의 전폭길이, 화살표는 필름의 진행방향을 나타낸다.

도면으로부터 횡방향 승온속도의 구배를 부여하는 구간 L과 필름의 전폭길이 W의 비율이 상기식 0.25≤L/W≤0.9를 만족하도록 적외선 가열기의 경사각도 θ를 조절함으로써 본 발명에 있어서의 열처리를 수행할 수 있게 된다.

이러한 본 발명에 사용되는 열가소성 수지로는 호모폴리에스테르, 코폴리에스테르 또는 혼합폴리에스테르 등을 들 수 있으며, 폴리 에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2, 6-나프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레포탈레이트, 폴리테트라메틸렌-2, 6-나프탈렌 카르복실레이트, 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르계 및 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 나일론, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리페닐렌설파이트가 특히 바람직하게 사용될 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명이 하기의 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

고유점도가 0.64인 폴리에틸렌테레포탈레이트 칩을 290℃에서 좁은 슬릿의 다이를 통하여 용융압축시켜 냉각수 온도가 20℃로 유지되는 냉각롤상에서 70m/분의 속도로 두께 200㎛의 무정형 쉬트를 제조하였다. 상기 무정형 쉬트를 다수의 롤이 평행하게 배치된 종연신기 내로 통과시키면서 쉬트를 종방향으로 연신시키는데 롤은 모두 내부적으로 가열되며 약 100℃의 온도를 유지시켰다. 종방향으로 3.5배의 배율로 연신된 쉬트의 가장자리 부분을 클립으로 집은 상태로 횡연신이 시작되는 부분까지 이동시키는데 이 때 약 90∼95℃로 예열시켰다. 예열이 끝난 쉬트를 약 110∼120℃의 온도에서 횡방향으로 4.5배의 비율로 연신시켰다. 횡연신이 완료되면 제2도에 나타난 바와 같이 열고정부 시작점의 양단부에서 횡연신기 중앙부로 경사각도 θ를 30도로 하여, 직경 20mm, 소비전력 30kW, 표면온도 700℃인 구성요소 3개로 된 적외선 가열기가 횡연신기의 상면에 설치된 열고정부에서 220℃의 열풍과 함께 3초간 열고정하여 결정화시켰다. 결정화 시킴과 동시에 1.02배(즉 2%)의 배율로 재횡연신을 행하고, 이후 노즐에서의 풍속이 1.5m/초, 풍온이 25℃인 찬공기 분위기하에서 1초간 급냉처리하여 14㎛두께의 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 필름을 제조하였다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 필름의 진행방향에 대하여 양단부에서 횡연신기의 중앙부로 경사진 각도 θ를 45도로 하여 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 필름의 진행방향에 대하여 양단부에서 횡연신기의 중앙부로 경사진 각도 θ를 60도로 하여 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

(실시예 4)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 열고정 공정에서 재횡연신비를 1.05배(즉, 5%)로 하여 폴리에탈렌테레포탈레이트 필름을 제조하였다.

(실시예 5)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 급냉처리시 노즐로부터의 풍온을 50℃로 하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 필름의 진행방향에 대하여 종래의 방법에 따라 양단부에서 횡연신기의 중앙부로 경사각을 주지 않고(θ=90) 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

(비교예 2)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 필름의 진행방향에 대하여 양단부에서 횡연신기의 중앙부로 경사진 각도 θ를 15도로 하여 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

(비교예 3)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 필름의 진행방향에 대하여 양단부에서 횡연신기의 중앙부로 경사진 각도 θ를 75도로 하여 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

(비교예 4)

실시예 1과 각각 동일한 방법으로 수행하되 급냉처리시 노즐로부터의 풍온을 70℃로 하여 폴리에틸렌테레포탈레이트 필름을 제조하였다.

(비교예 5)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 열고정 공정에서 재횡연신비를 1.1배(즉, 10%)로 하여 폴리에필렌테레포탈레이트 필름을 제조하였다.

(비교예 6∼8)

실시예 1∼3과 각각 동일한 방법으로 수행하되 재횡연신을 수행하지 않고 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

상기 각 실시예 및 비교예에 따라 제조된 필름의 보잉량, 횡방향 비중 변화율 및 평방향 두께 변화율을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에서 보잉량은 다음과 같이 측정하였다.

횡연신기의 입구에서 먹줄을 이용하여 필름의 표면에 횡방향으로 일직선을 그려두면횡연신기의 출구 후에서는 제1도에서와 같이 활꼴모양으로 변형된다. 보잉량은 다음과 같이 계산된다.

B = b/W × 100(%)

여기서 B는 보잉량(%), b는 기준 직선으로부터 활꼴모양 정점까지의 거리(mm), W는 필름의 폭(mm)이다.

필름의 횡방향 비중 변화율은 밀도구배관법에 의해 ASTM D1505의 조건에 따라 비중을 구하고 다음식에 따라 계산한 것이다.

필름의 횡방향 두께 변화율은 미국 윈젠(Winzen) 사제 두께 측정기를 사용하여 필름의 횡방향에 대하여 필름의 두께를 측정하고 다음식에 따라 계산한 것이다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 필름의 진행방향에 대하여 기울기를 갖는 적외선 가열기를 사용하는 것에 의해, 횡연신공정 후의 필름을 특정구간에서 필름 양단부의 고승온속도에서 중앙부의 저승온속도로 횡방향으로 승온속도의 구배를 부여함과 동시에 재횡연신 및 특정 냉각구간에서 급냉처리 하도록 된 본 발명의 조건을 만족시키는 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 필름은 보잉량 및 횡방향 비중변화율이 크게 감소되었다. 이는 본 발명의 방법에 의하면 수축응력이 양단부에서부터 중앙부로 순차적으로 완화됨과 동시에 횡방향으로 인장능력이 가해지고 이후 급냉에 의해 변형저항이 증가되고 종방향으로 수축되는 것이 전체적으로 감소하기 때문이다.

비교예 1에 따라 제조된 필름은 종래의 열고정방법을 적용한 것이므로 보잉량뿐 아니라 횡방향의 비중변화가 커서 횡방향의 품질 균일도가 극히 불량하다.

비교예 2에 따른 필름은 횡방향으로 승온속도의 구배를 부여하는 열처리구간이 너무 길어서 보잉량이 크게 감소되지 않을 뿐 아니라 필름의 훵방향 비중변화도 줄어들지 않아서 바람직하지 않다.

비교예 3에 따를 필름은 횡방향으로 승온속도의 구배를 부여하는 열처리구간이 너무 짧기 때믄에 보잉량이 작아지지 않아서 바람직하지 않다.

그리고 비교예 4에 따라 제조된 필름은 열고정후 급속하게 냉각되지 않았기 때문에 보잉량이 크게 감소되지 않으며 비교에 5에 따른 필름은 10%에 이르는 재횡연신에 의해 보잉량에 있어서는 월등한 개선 효과가 나타나지만 두께 편차가 커진다는 문제가 초래된다.

마지막으로 비교예 6∼8에 따른 필름은 실시예 1∼3에 따른 필름과 비교할 때, 재횡연신이 수반되지 않고 제조되었기 때문에 상기 각 실시예에 따라 제조된 필름에 비하여 보잉량, 필름의 횡방향 비중 및 두께 편차에 있어서 전반적으로 품질의 횡방향 균일성이 멀어진다는 것을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 열가소성 수지필름을 제조하는데 있어서 횡연신기 내에서 이축연신 흐름에 대하여 열처리 공정을 행하되, 횡연신 공정후의 필름을 상기식 (1)을 만족하는 구간에서 필름의 양단부로부터 중앙부까지 고승온속도에서 저승온속도로 특정 열고정온도까지 횡방향으로 승온속도의 구배를 부여함과 동시에 1∼5%의 재횡연신을 행하고 이후 상기식 (2)를 만족하는 냉각구간에서 급냉시키는 것에 의하여, 필름의 보잉량을 감소시켜 횡방향으로 물성이 더욱 균일해진 수지 필름 제조를 가능하게 하였다.

Claims (1)

1. 종연신 및 횡연신 공정을 통하여 이축연신된 필름을 열처리한후 냉각시키는 단계를 포함하는 열가소성수지 필름의 제조방법에 있어서, 상기 열처리 단계에서 횡연신공정 후 다음식 (1)을 만족하는 구간에서 필름의 양단부로부터 중앙부까지, 고승온속도에서 저승온속도로 특정 연고정 온도까지 평방향으로 승온속도의 구배를 부여함과 동시에 1∼5%의 재횡연신을 행하고, 상기 냉각단계로서 다음식 (2)를 만족하는 구간에서 필름 온도를 Tg 이하까지 급냉시키는 것을 특징으로 하는 이축연신 열가소성수지 필름의 제조방법.

   0.25 ≤ L/W 0.9 (1)

   L/W ≤ 1.0 (2)

   (상기식에서, L : 평방향 승온속도의 구배를 부여하는 구간, W : 필름의 전폭길이이다. )