KR0140311B1 - 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두께 균일성이 우수한 이축 배향 폴리에스테르 필름을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 폴리에스테르 수지를 용융 압출하고 미연신 쉬트를 종방향 및 횡방향으로 연신하는 단계를 포함하는 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법에 있어서, 상기 연신 단계에서 총 종연신비 3.5배 이상의 3단 종연신을 행하되, 제1단 및 제2단 종연신 쉬트의 결정화에너지가 각각 20 J/g 이상 및 15 J/g 이상이 되도록 제1단 및 제2단 종연신을 행하고, 연신온도 110 내지 140℃범위에서 연신비 1.5 내지 2.5배 범위로 제3단 종연신을 행한 후, 연신비 3.5 내지 4.5배 범위로 횡연신하는 것을 특징으로 한다.

Description

이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법

제1도 및 제2도는 각각 본 발명의 한 태양에 따르는 폴리에스테르 필름의 3단 종연신 장치의 개략도이다.

본 발명은 두께 균일성이 우수한 이축 배향 폴리에스테르 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 필름은 기계적 강도 및 내열성, 전기절연성, 내약품성이 우수하여 자기기록매체, 식품포장, 전기절연체 등의 용도로 그 사용량이 증대되어 왔다. 특히 폴리에스테르 필름은 기계적 강도와 내열성이 우수하여 비디오 테이프, 오디오 테이프, 컴퓨터 테이프 제조에 있어서 기재 필름으로 그 활용가치가 매우 높다. 따라서 고도의 자기기록밀도와 고도의 평활성이 요구되는 현재의 자기기록 재생장치의 기술적 수준에서 폴리에스테르 필름의 두께 균일성은 매우 중요한 위치를 차지하고 있다.

종래의 폴리에스테르 필름의 제조방법으로서는, 폴리에스테르 단량체들을 일정한 압력과 온도, 촉매 등 소정의 반응 조건으로 중합하여 폴리에스테르 중합체 중간 생성물(칩 또는 그래뉼)을 얻어 수분의 함량이 일정 수준 이하로 될 때까지 건조시킨 다음, 압출기에서 용융압출시키고 다이를 통과시켜 비연신 쉬트를 얻은 후 이를 종방향으로 연신하고 횡방향으로 연신하는 이축 연신 폴리에스테르 필름의 제조방법이 일본 특공소 30-5639 에 개시되어 있으며, 또한 2축 연신 공정 후에 다시 1축 또는 2축 재연신하여 필름의 강도 및 두께 균일성을 향상시키는 방법이 일본 특개소 54-8672 에 개시되어 있다.

한편, 미연신 쉬트를 1차 연신하는 종연신 공정이 최종 이축 배향 필름의 두께 균일성에 중요한 영향을 미친다는 점은 공지의 사실이다. 종래에는 종연신 공정에서 종연신쉬트의 두께가 균일하도록 충분하게 고배율로 종연신 할 수 없었으며, 고배율 종연신이 이루어지더라도 과도한 배향결정화에 의해 폭수축이 증가되어 종연신 쉬트의 양단부의 두께가 불량해질 뿐만 아니라 횡연신공정에서 파단 및 불균일 연신이 일어나게 되어 양호한 두께의 폴리에스테르 필름을 제조하는데 한계가 있었다. 따라서, 이축 배향 필름의 두께 균일성 뿐만 아니라 횡연신 공정의 안정성을 감안할 때, 최대한도로 배향결정을 억제하면서 가능한 한 고배율로 종연신하는 방법이 요망되어 왔다.

따라서 최근들어 종래의 연신방법에 비하여 필름의 두께 균일성을 향상시키기 위해서 종방향의 다단계 연신방법이 대두되었다. 예를들면 일본 특개소 48-43772, 50-75, 50-139872, 49-42277, 54-56674, 58-78729, 58-160123, 60-61233과 일본 특공소 57-48377, 57-49377, 59-36851 등에 종방향 다단계 연신방법이 기재되어 있다. 그러나, 이들 방법은 단계별 연신 중간에 냉각과 승온과정을 반복하는 것으로 인해 두께 균일성의 저하뿐만 아니라 종연신장치의 비효율성을 초래한다. 또한, USP 4,370,291, 4,497,865 및 일본 특개소 58-118220에 기재된 종방향의 다단계 연신 방법은 각 단계의 복굴절률의 특정화 또는 연신온도 및 연신비의 한정을 그 발명의 구성 요소로 하고 있으므로 종방향 다단계 연신의 핵심기술이라 할 수 있는 비결정질의 고배율 종연신을 실현 하기에는 애매한 점이 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래기술의 단점을 해소하여 두께균일성을 양상시킨 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리에스테르 수지를 용융 압출하고 미연신 쉬트를 종방향 및 횡방향으로 연신하는 단계를 포함하는 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법에 있어서, 상기 연신 단계에서 총 종연신비 3.5배 이상의 3단 종연신을 행하되, 제1단 및 제2단 종연신 쉬트의 결정화에너지가 각각 20 J/g 및 15 J/g 이상이 되도록 제1단 및 제2단 종연신을 행하며, 연신온도 110 내지 140℃ 범위에서 연신비 1.5 내지 2.5 배로 제3단 종연신을 행한 후, 연신비 3.5 내지 4.5배로 횡연신하는 것을 특징으로 하는 이축 배향 폴리에스티르 필름의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 방법에 의하면, 총 종연신비 3.5배 이상의 고배율 연신에 의해 종연신쉬트의 두께 균일성이 향상되고, 제1단 및 제2단 종연신쉬트의 결정화에너지가 각각 20 J/g 이상 및 15 J/g 이상이 되도록 제1단 및 제2단 종연신을 수행하고 연신온도 110 내지 140℃ 범위에서 연신비 1.5 내지 2.5 배로 제3단 종연신을 행하는 것에 의해 종연신 쉬트의 폭 수축이 감소되고 배향 결정이 덜 진행되며, 연신비 3.5 내지 4.5배의 횡연신에 의해 횡연신공정에서의 파단 및 불균일 연신이 감소하게 되므로, 궁극적으로 폴리에스테르 필름의 두께가 폭방향 및 길이방향으로 균일하게 된다.

본 원에서, 종연신쉬트의 결정화에너지 라 함은 결정화의 과정에서 발열되는 에너지를 의미하는 것으로, 결정화에너지가 크다는 것은 종연신쉬트의 배향결정이 적다는 의미를 내포하고 있다. 또한, 연신온도라 함은 연신롤의 표면온도를 말한다.

본 발명에서 제1단 및 제2단 종연신 쉬트의 결정화에너지가 각각 20 J/g 및 15 J/g 이상이 되도록 하는 제1단 및 제2단 종연신은 각 단계별 연신온도와 연신비의 조합에 의해 행하여지며 어느 특정 연신온도 및 연신비의 조합에 한정되지 아니한다.

종연신공정에서 각 연신 단계별 롤의 주속비가 각 단계별 종연신비이며, 각 단계별 종연신비의 곱이 총 종연신비로 정의되는데, 총 종연신비가 3.5배 이하이면 종연신쉬트의 두께 균일성이 충분하지 못하다. 제1단 종연신쉬트의 결정화에너지가 20 J/g 보다 작으면 제1단 종연신공정에서 배향결정이 많이 일어난 것이므로, 제2단 및 제3단 종연신쉬트의 폭수축이 커지게 된다. 또한, 제2단 종연신 쉬트의 종연신쉬트의 결정화에너지가 15 J/g 보다 작으면 제1단 종연신쉬트의 결정화에너지가 20 J/g 이상이더라도 제2단 종연신공정에서 배향결정이 많이 일어난 것이므로 제2단 및 제3단 종연신쉬트의 폭수축이 커진다. 또한, 제1단 및 제2단 종연신 쉬트의 비중은 각각 1.345 이하 및 1.355 이하가 되도록 하는데, 이보다 클경우는 각 단계별 후속 종연신공정에서의 폭수축 또는 횡연신 공정에서의 파단 등이 발생되는 문제가 있다.

연신 온도 110 내지 140℃ 범위와 연신비 1.5 내지 2.5배 범위에서 행하는 제3단 종연신조건을 만족하지 못하는 경우에는, 종연신쉬트의 폭수축이 커질 뿐만 아니라 종연신쉬트의 두께가 불량해지므로 횡연신 공정에서 파단 및 불균일 연신이 초래된다. 한편 3단 종연신 조건이 만족되지 못하는 경우에는 종연신공정에서 총 종연신비를 3.5배 이상으로 하는 것과 제1단 및 제2단 각각의 결정화에너지를 20 J/g 이상 및 15 J/g 이상으로 할 수 없게 되는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 횡연신비가 3.5 보다 작으면 필름의 두께 균일성이 저하되고 4.5 보다 클 경우에는 횡연신 공정에서 파단이 빈발하는 문제가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도 및 제2도는 각각 본 발명의 한 태양에 따르는 폴리에스테르 필름의 3단 종연신장체에 대한 개략도이다. 제1도에 따르면, 1-3번 롤은 예열롤, 4번 롤은 제1단 연신롤, 5번 롤은 제1단 냉각롤, 6-7번 롤은 제2단 예열롤, 8번 롤은 제2단 연신롤, 9번 롤은 제3단 연신롤, 10-11번 롤은 제3단 냉각롤이며, 4′, 5′, 8′, 9′, 10′는 닢롤이다. 제1도에 도시한 3단 종연신장치를 이용하여 이축 배향 폴리에스테르 필름을 제조할 경우, 폴리에스테르 미연신쉬트(F)를 1-3번 롤에서 예열한 후, 4번과 5번 롤 사이에서 롤의 주속차에 의해 제1단 종연신을 행하고, 5번 롤에서 냉각한 후 6-7번 롤에서 다시 예열하여 8번과 9번 롤 사이에서 제2단, 계속해서 9번과 10번 롤 사이에서 제3단 종연신을 행하여 종연신쉬트(F′)를 제조한다.

또한, 제2도에서, 12-16번 롤은 예열롤, 17, 18 및 19번 롤은 차례대로 제1단, 제2단 및 제3단 연신롤, 20-21번 롤은 냉각롤이며, 17′, 18′, 19′, 20′는 닢롤이다. 제2도에 도시한 장치를 사용할 경우에는, 폴리에스테르 미연신쉬트(F)를 12 내지 16번 롤을 통과시켜 예열한 후 17번과 18번 롤 사이, 18번 과 19번 롤 사이, 및 19번과 20번 롤 사이에서 롤의 주속차에 의해 각각 제1단 종연신, 제2단 종연신, 및 제3단 종연신을 행하여 종연신쉬트(F′)를 제조한다.

이상과 같이 종연신된 쉬트(F′)를 통상의 횡연신 장치에서 연신비 3.5 내지 4.5배로 횡연신시켜 본 발명의 이축 배향된 폴리에스테르 필름을 제조한다.

이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나 이들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

고유점도가 0.63 d1/g 인 폴리에스테르 칩을 다이를 통해 280℃에서 60 m/분의 쉬트 성형 속도로 용융압출시켜 미연신쉬트를 얻는다. 제1도의 종연신 장치에서 1-3번 롤 온도 100℃, 4번 롤 온도 120℃, 5번 롤 온도 30℃, 6-7번 롤 온도 110℃, 8-9번 롤 온도 125℃, 10-11번 롤 온도 20℃로 하고 상기 미연신 쉬트를 4번과 5번 롤사이에서 2.0배 제1단 종연신, 8번과 9번롤 사이에서 1.5배 제2단 종연신, 9번과 10번 롤 사이에서 1.5배 제3단 종연신시킨 후, 종연신쉬트를 연신비 4.0배로 횡연신한 다음 통상의 방법으로 열고정을 행하여 두께 14 ㎛인 2축 배향 폴리에스테르 필름을 얻었다.

[실시예 2]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 61.7 m/분으로 하고, 4번 롤 온도를 115℃로 하고, 제1단 종연신비 1.5배, 제2단 종연신비 1.8배, 제3단 종연신비 1.8배, 횡연신비 3.6배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 45.5 m/분으로 하고, 4번 롤 온도를 115℃, 9번 롤 온도를 130℃로 하고, 제1단 종연신비 1.5배, 제2단 종연신비 1.8배, 제3단 종연신비 2.0배, 횡연신비 4.4배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 1]

실시예 1에서, 4-7번 롤 온도를 100℃, 8번 롤 온도를 110℃, 9-11번 롤 온도를 20℃로 하고, 8번과 9번 롤 사이에서 종연신비 4.5배로 연신하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 2]

실시예 1에서, 4-7번 롤 온도를 100℃, 8번 롤 온도를 110℃, 9-11번 롤 온도를 20℃로 하고, 8번과 9번 롤 사이 및 9번과 10번 롤 사이에서 종연신비 각각 3.0배 및 1.5배로 연신하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 3]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 82.3 m/분으로 하고, 4번 롤 온도를 100℃, 8번 롤 온도를 105℃, 9번 롤 온도를 110℃로 하고, 제1단 종연신비 1.3배, 제2단 종연신비 1.4배 및 제3단 종연신비 1.8배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 4]

실시예 1에서, 4번 롤 온도를 100℃, 8번 롤 온도를 110℃, 9번 롤 온도를 115℃로 하고, 제1단 종연신비 2.0배, 제2단 종연신비 1.5배 및 제3단 종연신비 1.5배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 5]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 50 m/분으로 하고, 8-9번 롤 온도를 125℃로 하고, 제1단 종연신비 1.5배, 제2단 종연신비 1.2배, 제3단 종연신비 3.0배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 6]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 50 m/분으로 하고, 8번 롤 온도를 120℃, 9번 롤 온도를 100℃로 하고, 제1단 종연신비 1.5배, 제2단 종연신비 1.5배, 제3단 종연신비 2.4배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 7]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 50 m/분으로 하고, 8번 롤 온도를 120℃, 9번 롤 온도를 150℃로 하고, 제1단 종연신비 1.5배, 제2단 종연신비 1.5배, 제3단 종연신비 2.4배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 8]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 58.8 m/분으로 하고, 횡연신비를 3.4배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교 실시예 9]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 42.6 m/분으로 하고, 횡연신비를 4.7배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

이상의 실시예 및 비교실시예의 실시조건과, 종연신쉬트의 결정화에너지와 비중, 횡연신공정에서의 파단 횟수, 최종 얻어진 필름의 두께 균일성을 하기 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.

평가방법

1. 결정화에너지

차등열량측정기(DSC, Perkin-Elmer사 제품)를 사용하여 20℃/분의 승온속도에서 측정하였다.

2. 비중

필름의 비중은 ASTM D1505에 의한 밀도구배관으로 측정하였다.

3. 파단횟수

폴리에스테르 필름의 횡연신공정 72시간 동안 파단의 횟수를 측정하였다.

4. 두께균일성

두께측정기(안니츠(安立)사 제품)를 사용하여 횡방향 20mm 간격으로 두께를 측정하여 최대값과 최소값의 차이인 두께 편차로 나타내었다.

상기 표에서 보듯이 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 실시예 1-3의 폴리에스테르 필름은 본 발명의 제조 방법에 의하지 아니한 비교 실시예 1-9의 폴리에스테르 필름보다 두께 균일성이 우수하며, 또한 횡연신공정 중 파단 횟수가 적어 생산성이 양호함을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 제조 방법은 고도의 자기기록밀도와 고도의 평활성 및 고속의 주행안정성이 요구되는 비디오 및 오디오, 컴퓨터용 자기기록매체의 기재 필름으로서 적합한 폴리에스테르 필름의 제조에 이용될 수 있다.

Claims (2)

1. 폴리에스테르 수지를 용융 압출하고 미연신 쉬트를 종방향 및 횡방향으로 연신하는 단계를 포함하는 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법에 있어서, 상기 연신 단계에서 총 종연신비 3.5배 이상의 3단 종연신을 행하되, 제1단 및 제2단 종연신쉬트의 결정화에너지가 각각 20 J/g 및 15 J/g 이상이 되도록 제1단 및 제2단 종연신을 행하고, 연신온도 110 내지 140℃ 범위에서 연신비 1.5 내지 2.5배 범위로 제3단 종연신을 행한 후, 연신비 3.5 내지 4.5배 범위로 횡연신하는 것을 특징으로 하는 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1단 및 제2단 종연신쉬트의 비중이 각각 1.345 이하 및 1.355 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 제조방법.