KR0173727B1 - 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두께균일성 및 표면평활성이 우수한 이축배향 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 종방향 연신 단계에서 총 종연신비가 3.5배 이상 및 종연신쉬트의 결정화에너지 15J/g 이상이 되도록 2단 종연신을 행하되 쉬트의 유리 전이온도(T_g) + 50℃ 내지 140℃의 온도 범위에서 제2단 종연신을 행하고, 그 온도로부터 105℃ 이상의 차이만큼 급속 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

Description

이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법

제1도는 본 발명의 한 태양에 따르는 폴리에스테르 필름의 2단 종연신 장치의 개략도이다.

본 발명은 두께 균일성 및 표면 평활성이 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 미연신 쉬트를 얻은 후 이를 종방향으로 연신하고 횡방향으로 연신하는 이축 연신 폴리에스테르 필름의 제조방법이 일본 특공소 30-5639에 개시되어 있으며, 또한 2축연신 공정 후에 다시 1축 또는 2축 재연신하여 필름의 강도 및 두께 균일성을 향상시키는 방법이 일본 특개소 54-8672에 개시되어 있다.

한편, 미연신 쉬트를 1차 연신하는 종연신공정이 최종 이축 배양 필름의 두께 균일성에 중요한 영향을 미친다는 것은 공지의 사실이다. 종래에는 종연신공정에서 종연신쉬트의 두께가 균일하도록 충분하게 고배율로 종연신할 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 배양 필름의 두께 균일성 뿐만 아니라 횡연신공정의 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. 예를 들면 일본 특개소 48-43772, 50-75, 50-139872, 49-42277, 54-56674, 58-78729, 58-160123, 60-61233과 일본특공소 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 일본특개소 58-118220에 기재된 종방향의 다단계 연신방법은 각 단계의 복굴절률의 특정화 또는 연신온도 및 연신비의 한정을 그 발명의 구성 요소로 하고 있으므로 종방향 다단계 연신의 핵심기술이라 할 수 있는 비결정질의 고배율 종연신과 급속 냉각을 실현하기에는 애매한 점이 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래기술의 단점을 해소하여 두께 균일성 및 표면평활성을 향상시킨 이축 배양 폴리에스테르 필름의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리에스테르 수지를 용융 압출하고 미연신쉬트를 종방향 및 횡방향으로 연신하는 단계를 포함하는 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법에 있어서, 상기 종방향 연신단계에서 총 종연신비가 3.5 내지 5.0배 범위이고 종연신쉬트의 결정화에너지가 15 내지 20J/g 범위가 되도록 2단 종연신을 행하되 다음식 (1)의 온도에서 제2단 종연신을 행하고 다음 식 (2)의 냉각온도까지 급속 냉각시키는 것을 특징으로 하는 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법을 제공한다.

식(1) T_g+ 50℃제2단 종연신온도140℃

식(2) 냉각온도제2선단 종연신온도-105℃

본 발명의 방법에 의하면, 총 종연신비 3.5 내지 5.0배의 고배율 연신에 의해 종연신쉬트의 두께 균일성이 향상되고, 종연신쉬트의 결정화에너지가 15 내지 20J/g 범위가 되도록 하면서 제2단 종연신 온도를 쉬트의 T_g+ 50℃ 내지 140℃ 범위로 하여 제2단 종연신을 행하는 것에 의해서는 종연신쉬트의 폭 수축이 감소되고 배향결정이 덜 진행되며, 제2단 종연신 직후 제2단 종연신 온도로부터 105℃ 이상의 차이만큼 급속 냉각하는 것에 의해 쉬트 표면의 평활성, 두께 균일성 및 기계적 강도가 향상되며, 횡연신공정에서의 파단 및 불균일 연신이 감소되어 궁극적으로 폴리에스테르 필름의 두께가 폭방향 및 길이방향으로 균일하게 된다.

본 원에서, 종연신쉬트의 결정화에너지가 15 내지 20J/g 이상 이라 함은 결정화의 과정에서 발열되는 에너지가 일정수준임을 의미하는 것으로 종연신쉬트의 배향결정이 일정수준이라는 의미를 내포하고 있다. 본 발명에서 종연신쉬트의 결정화에너지가 15 내지 20J/g이 되도록 하는 2단 종연신은 각 단계별 연신온도와 연신비의 조합에 의해 행하여지며 2단 종연신의 각 단계별 어느 특정 연신온도 및 연신비의 조합으로 한정되지 아니한다. 본 원에서 T_g는 유리전이온도를 의미하며, 폴리에스테르의 경우 67℃ 내외이다.

종연신공정에서 각 연신 단계별 롤의 주속비가 각 단계별 종연신비의 곱이 총 종연신비로 정의되는데, 총 종연신비가 3.5배 보다 작으면 종연신쉬트의 두께 균일성이 충분하지 못하다. 종연신쉬트의 결정화에너지가 15J/g보다 작으면 배향결정이 많이 일어난 것이므로 종연신쉬트의 폭수축이 커지게 되며, 또한 제2단 종연신 온도가 쉬트의 T_g+ 50℃ 보다 낮으면 연신응력이 증가하여 폭수축 및 배향결정이 초래되며, 제2단 종연신 온도가 140℃ 보다 높으면 불균일 연신이 야기되어 횡연신 공정에서의 파단 및 불균일이 수반된다. 또한, 제2단 연신온도로부터 105℃ 이상의 차이만큼 급속 냉각되지 않으면 냉각불량에 의해 표면 스크래치가 발생하고 분자 배향이 이완되면서 두께의 불균일 및 기계적 강도의 저하가 초래되며, 너무 과도하게 냉각하는 경우에는 횡연신 공정에서의 예열 손실이 증가하므로 비효율적이다. 또한, 종연신쉬트의 비중은 1.335 내지 1.35 범위가 되도록 하는 것이 바람직한데, 이보다 클 경우는 연신 불량 및 파단이 발생하는 문제가 있다.

한편, 2단 종연신이 만족되지 못하는 경우에는 종연신공정에서 총 종연신비와 결정화 에너지를 일정범위로 할 수 없게 되는 문제점이 발생하게 된다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 한 태양에 따르는 폴리에스테르 필름의 2단 종연신장치에 대한 개략도이다. 제1도의 1-7번 롤은 예열롤, 8번 롤은 제1단 연신롤, 9번 롤은 제2단 연신롤, 10-11번 롤은 냉각롤이며, 8', 9', 10'는 닢롤이다. 통상의 방법에 따라 폴리에스테르 수지를 T-다이를 통하여 용융압출하여 얻은 폴리에스테르 미연신쉬트(F)를 1 내지 7번 롤을 통과시켜 예열한 후 8번과 9번 롤 사이에서 롤의 주속차에 의해 제1단 연신을 행하고, 9번과 10번 롤 사이에서 제2단 연신 및 급속냉각을 행하여 종연신쉬트(F')를 제조한다.

이상과 같이 종연신된 쉬트(F')를 통상의 횡연신 장치에서 횡연신시킨 후 통상의 방법에 따라 열고정하여 본 발명의 이축 배향된 폴리에스테르 필름을 제조한다.

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

[실시예 1]

고유점도가 0.63dl/g인 폴리에스테르 칩을 다이를 통해 280℃에서 70m/분의 쉬트 성형 속도로 용융압출시켜 미연신쉬트를 얻는다. 제1도의 종연신 장치에서 1-3번 롤 온도 100℃, 4-7번 롤 온도 120℃, 8-9번 롤 온도 125℃로 하고 상기 미연신 쉬트를 8번과 9번 롤 사이에서 2.0배 제1단 종연신, 9번과 10번 롤 사이에서 1.8배 제2단 종연신시킨 후, 종연신쉬트를 20℃의 냉각수가 300ℓ/분의 유량으로 내부 순환하는 10번 냉각롤에 의해 급속 냉각시킨 다음, 통상적인 방법에 의해 열고정을 행하여 두께 14㎛인 2축 배향 폴리에스테르 필름을 얻었다.

[실시예 2]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 66.7m/분으로 하고, 제1도의 종연신 장치에서 8번 롤 온도를 120℃로 하고, 제1단 종연신비 1.8배, 제2단 종연신비 2.1배, 및 10번 냉각롤 온도 18℃로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 52.5m/분으로 하고, 제1도의 종연신 장치에서 9번 롤 온도를 130℃로 하고, 제1단 종연신비 2.0배, 제2단 종연신비 2.4배, 및 10번 냉각롤 온도 15℃로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교실시예 1]

실시예 1에서, 제1도의 종연신 장치에서 1-7번 롤 온도를 90℃, 8번 롤 온도를 110℃, 9-11번 롤 온도를 20℃로 하고, 8번과 9번 롤 사이에서의 제1단 종연신비 4.0배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교실시예 2]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 77.8m/분으로 하고, 제1도의 종연신 장치에서 4-7번 롤 온도를 100℃, 8번 롤 온도를 105℃, 9번 롤 온도를 110℃로 하고, 제1단 종연신비 1.8배, 제2단 종연신비 1.8배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교실시예 3]

실시예 1에서, 제1도의 종연신 장치에서 1-7번 롤 온도를 90℃, 8번 롤 온도를 100℃, 9번 롤 온도를 110℃로 하고, 제1단 종연신비 2.0배, 제2단 종연신비 2.0배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교실시예 4]

실시예 1에서, 쉬트 성형 속도를 50.4m/분으로 하고, 제1도의 종연신 장치에서 4-7번 롤 온도를 110℃, 8번 롤 온도를 120℃, 9번 롤 온도를 125℃로 하고, 제1단 종연신비 2.0배, 제2단 종연신비 2.4배로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

[비교실시예 5]

실시예 1에서, 제1도의 종연신 장치에서 10번 냉각롤 온도를 25℃로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

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

[평가 방법]

[결정화에너지]

차등열량계측기(DSC, Perkin-Elmer 사 제품)를 사용하여 20℃/분의 승온속도에서 측정하였다.

[비중]

필름의 비중은 ASTM D1505에 의한 밀도구배관으로 측정하였다.

[파단횟수]

폴리에스테르 필름의 횡연신공정 72시간 동안 발생한 파단의 횟수를 측정하였다.

[두께 균일성]

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

[표면 평활성]

형광등에 비추어 필름 표면에 나타난 종방향의 표면 스크래치의 유무를 육안으로 평가하였다.

상기 표에서 보듯이 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 실시예 1-3의 폴리에스테르 필름은 본 발명의 제조방법에 의하지 아니한 비교실시예 1-5의 폴리에스테르 필름보다 표면 평활성 및 두께 균일성이 우수하며, 또한 횡연산공정 중 파단횟수가 적어 생산성이 양호함을 알 수 있다.

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

Claims (2)

1. 폴리에스테르 수지를 용융압출하고 미연신쉬트를 종방향 및 횡방향으로 연신하는 단계를 포함하는 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법에 있어서, 상기 종방향 연신 단계에서 총 종연신비가 3.5 내지 5.0배 범위이고 종연신쉬트의 결정화에너지가 15 내지 20J/g 범위가 되도록 2단 종연신을 행하되, 다음 식 (1)의 온도에서 제2단 종연신을 행하고, 다음 식 (2)의 냉각온도까지 급속 냉각시키는 것을 특징으로 하는 이축 배향 폴리에스테르 필름의 제조방법 ;

   식(1) T_g+ 50℃제2단 종연신온도140℃

   식(2) 냉각온도제2선단 종연신온도-105℃

   상기식에서, T_g는 쉬트의 유리전이온도이다.
2. 제1항에 있어서, 상기 종연신쉬트의 비중이 1.335 내지 1.35 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 제조방법.