KR0141316B1 - 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이활성이 뛰어나고 보이드가 적어 필름의 투명성 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 구체적으로는 반복단위가 에틸렌 테레프탈레이트 또는 에틸렌 나프탈레이트로 구성되어 있는 폴리에스테르 필름에 있어서, 열팽창 계수가 0.3x10^-5내지 3.4x10^-5/℃인 폴리에스테르 불용성 무기 입자가 첨가된 것을 특징으로 한다.

Description

폴리에스테르 필름

본 발명은 이활성이 뛰어나고 보이드가 적어 필름의 투명성 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트로 대표되는 포화선상 폴리에스테르 필림은 역학 특성, 냉열성, 내후성, 전기 절연성 및 내약품성 등이 우수하므로 포장용, 사진용, 콘덴서, 전기 절연용 및 자기 테이프 등의 넓은 분야에 사용되고 있다.

일반적으로, 폴리에스테르 필름의 물성 중 특히 이활성은 폴리에스테르 필름을 각 용도에 원활히 사용하도록 하여주는 권취 작업성 및 후가공 공정성 등에 영향을 미쳐 최종 제품의 품질을 좌우하므로 특히 중요하게 요구되는 물성중의 하나이다. 폴리에스테르 필름의 이활성을 향상시키기 위해서는 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 카오린 등의 불활성 무기 입자를 폴리에스테르 제조시 반응계에 첨가하여 필름의 표면에 미세한 요철을 부여하는 방법이 가장 널리 사용되고 있다.

또 다른 폴리에스테르 필름의 이 활성 향상 방법으로는, 폴리에스테르 필름의 중합시 촉매로 사용되는 금속 화합물의 잔사를 이용하여 반응계 내에서 미세한 입자를 석출시키는 것이 있는데, 일본 공개 특허 공보 소34^-5144호에서는 알칼리 토금속류의 화압물에 인산 또는 그의 에스테르류 등을 첨가하여 필름의 마찰 특성을 조절하는 방법이 제시되어 있다. 그 밖에 필름 제조 공정 중 압출 공정에서 불활성 미립자를 첨가하여 필름에 돌기를 형성시켜 이활성을 부여하는 방법 등도 공지되어 있다.

폴리에스테르 필름은 우선 불활성 무기 입자 등이 첨가된 폴리에스테르를 건조하여 압출기에 공급한 후, 판사으로 용융 압출하여 회전하는 냉각 드럼에 밀착 급냉하여 고화시키고, 상기 고화된 폴리에스테르를 종방향 및 횡방향으로 연신하고 열처리시킴으로써 제조된다. 결정성 고분자인 폴리에스테르는 무정형 상태에서 연신이 잘되므로 급냉 공정이 요구된다. 이때, 폴리에스테르 필름에 이활성을 부여하기 위하여 함유된 불활성 무기 입자 등은 폴리에스테르와 성질이 다른 불순물로 작용하여 연신시 보이드를 형성하게 되는데, 이러한 보이드는 빛을 산란시켜 폴리에스테르 필림의 투명성을 저해하고, 필름 주행시에는 사익 보이드 부분에서 파괴가 쉽게 일어나 내마모성이 불량해지며, 전기 절연 및 콘데서용으로 사용시에는 전기가 누설되어 용량이 감소된다.

따라서, 최근에는 폴리에스테르와 친화력이 우수한 유기 입자를 첨가하여 보이드를 감소시키면서 이활성을 부여하는 방법이 제안되고 있다. 이러한 방법의 예로 일본 공개 특허 공보 제90-11640호에서는 실리콘 폴리이미드, 가교된 스티렌-디비닐벤젠 공중합체, 가교된 폴리에스테르, 테프론 등의 유기 입자와 탄산 칼슘 등의 무기활제등을 첨가하여 폴리에스테르와 무기 입자들 간의 친화력 부족으로 인한 폴리에스테를 필름의 내마모성을 개선하는 방법을 제안하고 있으나 상기와 같은 유기 입자를 사용할 경우에는 유기 입자 자체의 강도가 부족하여 내마모성은 크게 향상되지 못하였다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 필름 제조 공정 중 폴리에스테르를 판사으로 용융 압출하여 회전하는 냉각 드럼에 밀착 급냉하여 고화시킬 때 이활성 부여를 위하여 첨가된 불활성 입자와 폴리에스테르와의 열팽창율 차이에 의해 보이드가 발생하며, 이것이 이축 연신 과정에서 증폭되어가는 것을 발견하였으며, 따라서 폴리에스테르에 첨가되는 입자의 열팽창계수를 제한가는 것에 의하여 이활성 향상과 보이드 억제를 동시에 만족시키는 폴리에스테르 필름을 제조할 수 있었다.

즉, 본 발명의 목적은 이활성이 뛰어나면서도 보이드가 적어 필름의 투명성 및 내마모성이 향상된 폴리에서테르 필름을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폴리에스테르 필름은 반복단위가 에틸렌 테레프탈레이트 또는 에틸렌 나프탈레이트로 구성되어 있는 폴리에스테르 필름에 있어서, 열팽창 계수가 0.3x10^-5내지 3.4x10^-5/℃인 폴리에스테르 불용성 무기 입자가 첨가된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 첨가되는 폴리에스테fm 불용성 무기 입자로는 인산칼슘, 알루미나, 마그네시아, 탄화규소, 탄화붕소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 금속알루미늄 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기와 같은 무기 입자는 폴리머와 친화력을 향상시키기 위하여 공지에 표면처리제를 사용하여 공지된 방법으로 표면처리할 수도 있다.

상기와 같은 무기 입자는 열팽창계수가 0.3x10^-5내지 3.4x10^-5/℃인 것을 사용하는데, 바람직하게는 0.4x10^-5내지 3.0x10^-5/℃인 것이다. 열팽창계수가 상기 범위를 벗어날 경우 폴리에스테르와 무기입자간의 열팽창계수의 차에 의하여 보이드의 발생이 많아지게 된다.

또한, 상기 무기 입자는 크기가 0.001 내지 5㎛인 것이 바람직하며, 0.01 내지 3㎛인 것이 더욱 바람직하다. 무기 입자의 크기가 0.001㎛ 보다 작을 경우에는 필름의 표면에 형성되는 요철의 크기가 작아져 이활성이 불량해지고, 5㎛보다 클 경우에는 필름의 표면이 조면화되어 내마모성 등이 불량해진다.

본 발명에서 무기 입자의 첨가량은 0.005 내지 1증량%가 바람직하며, 0.01 내지 0.5중량%가 더욱 바람직하다. 무기 입자의 첨가량이 0.005중량% 보다 적을 경우에는 필름의 표면에 형성되는 요철의 수가 적어 이활성이 불량해지고, 1중량% 보다 많을 경우에는 필름 표면이 조면화된다.

본 발명의 폴리에스테르 필름을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 건조된 폴리에스테르를 용융 압출기로 용융 압출한 후 회전하는 냉각드럼에 고착시켜 연속된 시트로 제조하고, 1단 또는 다단의 연신방법으로 종연신 및 횡연신시키는 것과 같은 공지된 필름 제조방법으로 제조할 수 있다. 상기 종연신과 횡연신 과정 중 필름의 접착성 및 대전 방지성을 향상시키기 위하여 인 라인 코팅(in-line coating)을 실시하거나, 또는 횡연신 후 코로나 처리할 수도 있다.

이하 본 발명을 하기 실시예에서 좀 더 설명하나 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 필름은 하기와 같은 방법으로 그 물성을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표와 같았다.

열팽창 계수

120℃에서 2시간 이상 건조된 무기 입자 분말을 1R 측정용 정제 제조기로 5Kg/cm2 압력하에서 30분간 가압하여 시편을 제조하고, 일본 신쿠리코사제 TM 7000형 TMA로 30 내지 300℃ 구간에서 분당 5℃씩 상승시키면서 측정하였다.

평균 입경

주사형 전자 현미경으로 입자를 5만배 확대한 후 50부위를 촬여하여 화상 해석장치로 입자 크기를 구하여 산술 평균을 구하였다.

보이드

필름을 플라즈마식 에칭 장치에 넣고 30분가 에칭시킨 훌 주사형 전자현미경으로 배율 5만배에서 500시야분의 표면의 입자를 관찰한 후, 입자 크기와 보이드 크기의 비를 산술 평균하여 하기와 같은 기준으로 평가하였다.

(보이드 크기/입자 크기) x 100%

◎ : 5% 미만

○ : 5 내지 20%

△ : 20 내지 50%

× : 50% 이상

이활성

테이프 주행성 시험기인 TBT-300D(일본 요코하마 시스템 연구소)를 사용하여, 필름을 1/2인치 폭으로 슬리팅한 테이프를 주행속도 3.3㎝/초, 인취장력 30g으로 하여 접촉각이 135°가 되도록 고정 가이드핀(재질 SUS303)을 90㎝ 통과시킨 때의 권취장력으로부터 하기 식을 이용하여 주행마찰계수(μk)를 측정하였다.

μk = [2.303/ ] X log[Ti/To]

( : 필름과 가이드 핀의 접촉각

Ti : 인취장력To : 권취 장력)

[실시예1]

디메틸 테레프탈레이트 100중량부, 에틸렌 글리콜 70중량부 및 초산칼슘 0.05중량부를 반응기에 넣고 4시간 동안 에스테르 교환 반응 시킨 후 열팽창계수가 0.9x10^-5/℃이고 평균 입경이 0.5㎛인 인산칼슘 0.2중량부, 트리메틸포스페이트 0.06중량부 및 삼산화안티몬 0.04중량부를 첨가하여 통상의 방법으로 5시간 중합하여 폴리에스테르를 제조하였다. 상기 폴리에스테를 290℃에서 건조시키고 시트상으로 회전하는 냉각드럼으로 압출하여 밀착 무정형 시트로 제조한 후, 계속하여 종방향으로 90℃에서 3.5배, 횡방향으로 110℃에서 4.3배 연신하고 210℃에서 3초간 열처리하여 15㎛의 필름을 얻었다.

상기 필름의 열팽창계수, 주행마찰계수 및 보이드를 측정한 결과는 표와 같다.

[실시예2]

열팽창계수가 0.5x10^-5/℃ 평균 입경이 0.7㎛인 탄화규소를 0.3중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 필름을 제조하였으며, 그 물성은 하기 표와 같았다.

[실시예3]

열팽창계수가 0.9x10^-5/℃이고 평균 입경이 0.01㎛인 알루미나를 0.3중량부 추가하여 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 필름을 제조하였으며, 그 물성은 하기 표와 같았다.

[실시예4]

열팽창계수가 2.4x10^-5/℃이고 평균 입경이 1.5㎛인 금속알루미늄을 0.3중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 필름을 제조하였으며, 그 물성은 하기 표와 같았다.

[비교예1]

열팽창계수가 15x10^-5/℃이고 평균 입경이 0.7㎛인 마이카를 0.3중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 필름을 제조하였으며, 그 물성은 하기 표와 같았다.

[비교예2]

열팽창계수가 0.05x10^-5/℃이고 평균 입경이 0.5㎛인 실리카를 0.3중량부 상용한 것을 제외하고 실시예와 동일하게 실시하여 필름을 제조하였으며, 그 물성은 하기 표와 같았다.

상기 표에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 따라 실시예 1내지 4에서와 같이 열팽창 계수가 0.3x10 /℃ 내지 3.4x10 /℃이고 평균 입경이 0.001 내지 5㎛인 폴리에스테르에 불용성인 무기 입자 0.005 내지 1중량부를 첨가하여 제조된 폴리에스테르 필름은, 비교예1 내지 2의 폴리에스테르 필름에 비하여 이활성이 우수하고 보이드의 발생이 적음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 폴리에스테르 필름은 투명성, 전기 절연성 및 내마모성이 요구되는 용도에 폭 넓게 사용될 수 있다.

Claims (3)

1. 반복단위가 에틸렌 테레프탈레이트 또는 에틸렌 나프탈레이트로 구성되어 있는 폴리에스테르 필름에 있어서, 열팽창 계수가 0.3x10^-5내지 3.4x10^-5/℃인 폴리에스테르 불용성 무기 입자가 첨가된 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 불용성 무기 입자가 인산칼슘, 아루미나, 마그네시아, 탄화규소, 탄화붕소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 금속알루미늄 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.
3. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 폴리에스테르 불용성 무기 입자가 평균 입경이 0.001 내지 5㎛이고 0.005 내지 1중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.