KR0167147B1 - 열가소성수지 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열가소성수지 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 종연신공정, 횡연신기 내에서의 예열 공정 및 횡연신 공정을 포함하는 이축연신된 열가소성수지 필름의 제조방법에 있어서, 상기 횡연신기내에서 예열공정중 횡방향으로 3∼5% 범위의 이완을 부여하는 것이다. 본 발명의 방법에 의하면 횡연신 전, 예열공정시에 부여된 횡방향 이완으로 역보잉이 촉진되어 결국 보잉량이 감소하게 되고, 따라서 횡방향으로 균일한 품질을 갖는 필름을 얻을 수 있다.

Description

열가소성수지 필름의 제조방법

제1도는 이축연신 필름에 대하여 열고정시 나타나는 보잉현상을 설명하기 위한 도면이다.

제2도는 이축연신 필름에 대하여 횡연신기내 예열공정중 이완을 부여하는 방법을 보여주기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

W : 필름의 전폭길이

b : 기준직선으로부터 활꼴모양 정점까지의 거리

A : 횡연신기 입구에서 표시한 직선 A' : 횡연신기내에서의 보잉선

A : 횡연신기의 출구를 빠져나온 보잉선

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

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

열가소성 수지필름, 특히 호모폴리에스테르, 코폴리에스테르 또는 혼합폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2, 6-나프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌-2, 6-나프탈렌 카르복실레이트, 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르계 및 기타 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 나일론, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리페닐렌설파이트 등의 필름은 포장용, 기록매체용, 공업용 등의 용도로 사용되는데, 횡방향으로 동등한 물성을 가질것이 절실하게 요구되어 왔다.

필름의 물성, 즉, 열수축율, 기계적 강도, 밀도 등이 횡방향으로 불균일한 경우 코팅, 증착, 재단, 인쇄 등의 후가공상 폐해가 야기되어 제품의 품질 가치를 저하시키는 경우가 많다. 이에 따라 필름의 후가공에서 허용되는 횡방향 균일성을 만족시키도록 제품을 생산하자면 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 있어 종연신 및 횡연신 공정에서 야기된 종방향의 연신응력과 열고정 공정에서 야기되는 수축응력에 대하여 필름의 양단부는 클립에 의해 그 변형이 구속되는 반면, 필름의 중앙부는 클립의 영향이 적어 변형에 대한 구속력이 약하기 때문이다. 즉, 횡연신기 내에서 양단부와 중앙부간에 구속력의 차이로 인해 중앙부가 필름 진행방향의 반대로 밀려서 발생하게 되는 필름의 보잉(bowing:활모양으로 되는) 현상은, 이축연신과 열고정 과정이 수반되는 필름의 제막 공정에 있어서 본래부터 발생하는 근본적인 문제점이다. 이러한 필름의 보잉 현상은 필름의 횡방향 물성치의 불균일을 일으키는 원인이 된다.

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 활꼴 모양으로 변형되어 있는 것을 볼 수 있는데, 이를 보잉 현상이라고 한다. 도면에서 W는 필름의 폭을 나타내고 화살표는 필름의 진행방향을 나타낸다.

횡연신기 내에서 필름의 횡연신 및 열처리 공정중 활모양 현상이 형성되는 과정이 제2도에 나타나 있다. A는 횡연신기 입구에서 표시한 직선이고, A'는 횡연신기 내에서의 보잉선이며, A는 횡연신기 출구를 빠져나온 보잉선이다. 도면에서 보면 횡연신 초기에는 횡연신으로 유발되는 종방향의 수축응력으로 인해 필름의 양단부 보다 중앙부가 더 먼저 선행하는 역보잉 현상이 나타나며, 횡연신 후기에 비로소 보잉이 형성된다는 것을 알 수 있다. 횡연신 초기의 역보잉이 클수록 필름의 보잉은 작아지게 된다는 것을 또한 알 수 있다.

어떻든, 횡연신기내에서 양단부와 중앙부간에 구속력의 차이로 인해 중앙부가 필름 진행방향의 반대로 밀려서 발생하는 필름의 보잉현상은, 필름의 제막공정에 있어서 이축연신과 열고정 과정에 수반되어 발생하는 근본적인 문제점으로서 이러한 보잉현상이 바로 필름의 횡방향 물성치의 불균일을 일으키는 원인이 된다.

상기한 보잉현상을 방지하기 위하여 지금까지 여러 가지 방법이 시도되었다. 예를들면, 일본 특허 공보 소39-29214호에서는 가열롤에 의한 열처리 방법을 개시하는데, 이에 따르면 가열롤에 의해 양단부가 구속되지 않고 열처리되기 때문에 폭수축이 야기된다는 문제가 있다.

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

또한 일본 공개 특허 공보 소50-73978호에는 횡연신기 내에서의 횡연신 공정과 열처리 공정 사이에 설치된 닢롤(nip roll)에 의해 횡연신 종료후의 필름을 열처리하는 방법이 개시되어 있고, 일본 특허 공보 소63-24459호에는 닢롤에 의해 필름의 중앙 부위를 강제적으로 전진시키는 방법이 개시되어 있는데, 이들은 모두 고온에서 롤과의 접촉으로 인한 필름의 손상이 치명적인 문제점으로 지적되고 있다.

한편, 횡연신 공정후 냉각 공정을 부여하는 열처리방법이 일본 공개 특허 공보 평3-130126, 평3-130127, 평4-142916 및 평4-142917호에 개시되어 있는데, 이에 의하면 전폭 길이 보다 긴 구간에서 냉각처리가 됨에도 불구하고 필름의 보잉 현상을 감소시키는 효과는 거의 없을 뿐 아니라, 설비의 증가 및 에너지의 낭비 등 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

청연신기 내에서의 횡연신 공정후 필름 전폭에 승온 속도를 부여하는 열처리 방법이 일본 공개 특허 공보 소61-8324호 및 평1-204723호에 개시되어 있는데, 이에 따르면 필름 전폭에 대하여 균일하게 열처리를 수행할 수는 있지만 횡방향 구속력의 편차를 줄일 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 종래의 방법이 갖고 있는 보잉현상이라는 문제점을 감안하여 횡연신전, 횡연신기 내에서의 예열공정중에 이완을 부여하는 것에 의해 필름의 보잉 현상을 억제하여 폭방향으로 균일한 물리적, 화학적 특성을 갖는 열가소성수지 필름의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 종연신 공정, 횡연신기내에서의 예열 공정 및 횡연신 공정을 포함하는 이축연신된 열가소성수지 필름의 제조방법에 있어서, 상기 횡연신기내에서 예열공정중 횡방향으로 3∼5% 범위의 이완을 부여하는 것을 특징으로 하는 열가소성수지 필름의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 방법에 따라 횡연신전 예열공정중에 횡방향으로 이완을 부여하면, 횡연신 초반부 필름에 종방향 유동성이 부여되어 횡연신 공정 초기의 역보잉 현상이 촉진되므로, 결과적으로 필름의 보잉현상이 감소되는 것이다.

본 발명에 사용되는 열가소성 수지로는 호모폴리에스테르, 코폴리에스테르 또는 혼합폴리에스테르 등을 들 수 있으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리에틸렌-2, 6-나프탈레이트, 폴리테트라 메틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌-2, 6-나프탈렌 카르복실레이트, 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 나일론, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리페닐렌설파이트가 특히 바람직하게 사용될 수 있다.

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

이하 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

그러나 본 발명이 하기의 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

고유점도가 0.64인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 290℃에서 좁은 슬릿의 다이를 통하여 용융 압출시켜서 냉각수 온도가 20℃로 유지되는 냉각롤 상에서 70m/분의 속도로 두계 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 온도로 유지하였다. 종방향으로 3.5배의 배율로 연신시킨 다음, 쉬트의 가장자리 부분을 클립으로 집은 상태로 횡연신이 시작되는 부분까지 이동시키는데, 이 때 횡연신기 내에서 약 120℃로 3초간 예열시킴과 동시에 횡방향으로 3%의 이완을 부여하였다.

120∼130℃에서 4.5배의 비율로 횡연신시키고 220℃에서 3초간 결정화시켜서, 14㎛ 두께의 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 횡연신기 내에서의 예열공정중에 횡방향 이완율을 4%로 부여하여 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 횡연신기 내에서의 예열공정중 횡방향 이완율을 5%로 부여하여 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 횡연신기 내에서의 예열공정중 횡방향 이완을 부여하지 않고 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

[비교예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되 횡연신기 내에서의 예열공정중 횡방향 이완율을 7%로 부여하여 이축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제조하였다.

상기 각 실시예 및 비교예에서 수행된 공정 조건과 제조된 필름의 보잉량 측정결과를 표1에 나타내었다.

횡연신기내 예열공정에 있어서 횡방향의 이완율은 다음식에 따라 계산하였다.

횡연신기의 입구에서 먹줄을 이용하여 필름의 표면에 횡방향으로 일직선을 그려주면 횡연신기의 출구 후에서는 제1도에서와 같이 활꼴 모양으로 변형되는데, 보잉량은 다음과 같이 측정하였다.

B = b/w × 100(%)

여기서 B는 보잉량(%), b는 기준 직선으로부터 활꼴 모양의 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 필름 두께를 측정하고 다음식으로부터 계산한 것이다.

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 횡연신기내 예열공정중에 3∼5%로 횡방향 이완을 부여하도록 된 본 발명의 조건을 만족시키는 실시예 1∼3에 따른 필름은 횡연신 공정 초반에 역보잉이 촉진되어 결과적으로 보잉량이 감소되고, 이에 따라 횡방향 비중 및 두께 변화율도 감소된다.

비교예 1의 필름은 통상의 방법대로 횡연신 공정전, 예열공정에서 이완을 부여하지 않고 제조한 것으로서, 이에 따라 횡연신 공정 초반의 연신 응력이 커지기 때문에 횡연신 공정 후반에서 길이 방향 수축력의 영향을 크게 받지 않으므로 역보잉 효과가 떨어지게 되어 필름의 보잉량이 크게 감소되지 않으므로 비효율적이다.

비교예 2에 따른 필름은 횡연신 공정 초반에서의 역보잉량을 크게 함으로써 필름의 보잉 현상이 최소화 되지만, 횡연신 공정 초반의 과도한 역보잉에 의해 횡방향의 두께 편차가 커져서 필름 횡방향 품질의 균일성이 오히려 저하되는 결과가 얻어진다.

이상과 같이 본 발명의 방법에 따라 횡연신 직전, 예열공정에서 횡방향으로 이완을 부여하는 것에 의해 필름의 보잉을 극소화하여 필름의 횡방향 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 종연신 공정, 횡연신기 내에서의 예열 공정 및 횡연신 공정을 포함하는 이축연신된 열가소성수지 필름의 제조방법에 있어서, 상기 횡연신 공정전, 상기 횡연신기내에서의 예열공정중에 횡방향으로 3∼5% 범위의 이완을 부여하는 것을 특징으로 하는 열가소성수지 필름의 제조방법.