KR100211495B1 - 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

구형도 1.0 내지 1.1, 평균입경 0.01 내지 0.6㎛, 그 함량이 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%인 가교형 폴리스티렌 소입자 및 구형도 1.0 내지 1.1, 평균입경 0.7 내지 3.0㎛, 그 함량이 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%인 가교형 폴리스티렌 대입자로 이루어진 유기활제를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의한 2축배향 폴리에스테르 필름은 표면특성, 내탈락성 및 내보이드성 등의 필름물성이 우수하여 자기기록 매체용 필름으로 사용적합하다.

Description

자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름

본 발명은 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면특성, 내탈락성 및 내보이드성 등의 필름물성이 향상된 것을 특징으로 하는 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트로 대표되는 폴리에스테르는 물리, 화학적으로 안정하고 기계적 강도가 높을 뿐 아니라 내열성, 내후성, 내약품성, 치수안정성, 절연성 등이 우수하여 포장용, 사진필름용, 콘덴서용, 전기절연재용, 라벨용 및 자기기록매체용으로 광범위하게 사용되고 있다.

특히, 산업의 고도화와 함께 경량성 및 정밀성이 극도로 요구되는 첨단의 전자제품등이 출현함에 따라 그에 적합한 고품질의 필름물성을 갖춘 폴리에스테르 필름이 요구되고 있기 때문에 단순한 폴리에스테르 필름보다는 이를 2축연신하여 제조된 2축배향 폴리에스테르 필름의 용도가 급증하고 있다. 통상적으로 2축연신 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 수지를 각종 첨가물과 함께 압출기에 투입하여 판상으로 용융, 압출시킨 다음, 이를 냉각, 고화시켜 시이트를 형성하고, 이 시이트를 종방향 및 횡방향으로 2축연신함으로써 제조된다.

자기기록 매체용 필름은 일반적으로 자기기록 재생장치의 내부에 구비된 헤드드럼이나 가이드롤 등에 접촉되어 사용되기 때문에, 자기기록 매체용 필름으로 사용되기 위해서는 자기특성을 갖추어야 함은 물론, 헤드드럼등과 필름이 장기간 접촉되어 사용되더라도 표면특성, 내탈락성 및 내보이드성 등의 필름물성이 저하되지 않아야 한다.

헤드드럼등과 필름간의 접촉으로 인해 필름물성이 저하되는 문제를 해결하기 위해서, 종래부터, 헤드드럼등과 필름간의 접촉면적을 감소시키는 방법이 사용되어 왔다. 상기 방법은 일반적으로는 탄산칼슘, 실리카, 카올린, 알루미나 등의 무기활제를 첨가하여 폴리에스테르 표면에 요철을 형성시키는 것을 그 내용으로 한다.

그러나, 상기 무기활제 중에서 탄산칼슘, 그 중에서도 경질탄산칼슘은 폴리에스테르 필름의 표면특성 조절효과가 뛰어난 반면, 경도가 낮은 관계로 필름의 주행중에 마모에 의해 입자가 탈락되고, 필름표면에 스크래치가 발생되는 단점으로 인해서 자기테이프 제조에 이용되는 경우 데이터 소실현상, 이른바 드롭아웃(Drop-out)을 유발시킨다.

또한, 활제로서 바테라이트탄산칼슘을 사용하여 표면요철을 형성시키는 방법도 보고된 바 있다(일본 특허공개공보 평 05-43715). 그러나, 바테라이트탄산칼슘은 폴리에스테르 필름과의 친화력이 그다지 높지 못하기 때문에, 이를 활제로 첨가하여 제조한 자기테이프는 반복사용될 경우, 필름으로부터 바테라이트탄산칼슘 입자가 탈락되는 현상이 발생되므로 자기테이프의 드롭아웃 안정성이 확보될 수 없다.

따라서, 본 발명자들은 자기기록 매체용으로 사용하기에 적합하면서, 특히 보이드가 발생되지 않는 폴리에스테르 필름에 대한 연구를 진행한 결과, 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 표면특성, 내탈락성 및 내보이드성 등의 필름물성이 향상된 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 유기활제를 포함하는 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름에 있어서, 상기 유기활제는 구형도(장경/단경)가 1.0 내지 1.1이고 평균입경이 0.01 내지 0.6㎛이며 그 함량이 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%인 가교형 폴리스티렌 소입자 및 구형도가 1.0 내지 1.1이고 평균입경이 0.7 내지 3.0㎛이며 그 함량이 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%인 가교형 폴리스티렌 대입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름이 제공된다.

본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 상기 유기활제와 함께 무기활제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2축배향 폴리에스테르 필름이 제공된다. 상기 무기활제로는 탄산칼슘, 실리카, 카올린 및 알루미나 등의 무기활제중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 폴리에스테르 제조에 사용되는 중합원료는, 카르복실산 성분으로서 디메틸테레프탈레이트, 이소프탈산, 파라-베타옥시에톡시안식향산, 2,6-나프탈렌 디 카르복실산, 4,4'-디 카르복실디페닐, 4,4'-디카르복실벤조페논, 비스(4-카르복실디페닐)에탄, 아디프산, 세파신산, 5-소디움 술포이소프탈산 및 파라옥시안식향산 그리고 알코올 성분으로서 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 네오펜틸글리콜, 디에틸글리콜, 시클로헥산디메탄올 등이 있다.

본 발명에 의한 폴리에스테르는 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 주원료로 하여 이들을 각각 폴리에스테르 기준으로 80몰% 이상 사용한 것이다. 그리고 기타 공중합성분으로서 상기의 카르복실산 성분 및 알코올 성분 중에서 임의로 선택된 하나 이상의 성분들을 사용할 수 있다.

본 발명에 의한 폴리에스테르는 에스테르교환법 및 직접중합법 중 어느 방법에 의해서도 제조가 가능하며, 공정구성에 있어 회분식 및 연속식 공정 중 어느 것이나 채용 가능하다.

에스테르교환법을 이용하는 경우에는 에스테르 교환촉매에 대한 특별한 제한은 없으며, 종래의 공지된 것이면 어느 것이나 이용 가능하다.

예를 들면, 마그네슘 화합물, 지르코늄 화합물, 나트륨 화합물, 칼륨 화합물, 칼슘 화합물, 바륨 화합물 등의 알칼리 토금속 화합물 및 코발트 화합물, 아연 화합물, 망간 화합물 중 반응계 내에서 가용성인 것을 이용하면 무방하다.

중합촉매 또한 제한을 받지 않으나, 안티몬 화합물, 게르마늄 화합물, 티타늄 화합물 중에서 적당히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 2축배향 폴리에스테르 필름은 유기활제로서 가교형 폴리스티렌 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 가교형 폴리스티렌은 단독으로 첨가되거나 또는 1종류 이상의 무기활제와 함께 첨가될 수 있다. 가교형 폴리스틸렌 입자는 폴리에스테르와의 친화력이 뛰어남은 물론, 내열성이 우수하여 장시간의 열처리후에도 입자의 형태가 변치 않는다는 장점도 보유하고 있다.

본 발명에 의한 2축배향 폴리에스테르 필름에 있어서, 필름에 첨가된 상기 가교형 폴리스티렌은 구형도 1.0 내지 1.1, 평균입경이 0.01 내지 0.6㎛, 바람직하게는 0.1 내지 0.6㎛인 소입자 및 구형도 1.0 내지 1.1, 평균입경이 0.7 내지 3.0㎛, 바람직하게는 0.7 내지 1.5㎛인 대입자의 복합체이다.

입자의 구형도가 1에 근접할수록 폴리에스테르와의 친화력이 향상되어 내탈락성 및 내보이드성이 개선됨은 물론, 상기 입자를 활제로서 첨가하는 폴리에스테르 필름 제조공정에 있어서 연신과정의 효율증대를 기할 수 있다는 장점이 있다.

상기 폴리스티렌 소입자의 평균입경이 0.01㎛보다 작은 경우에는 필름의 표면조도가 낮아짐으로 인하여 마찰계수가 증대되고 따라서 주행성에 문제가 있으며, 반면에 평균입경이 0.6㎛보다 크게 되면 필름의 자기특성이 저하된다는 문제가 있다. 폴리스티렌 대입자의 경우에도, 평균입경이 0.7㎛보다 작거나 3.0㎛보다 큰 경우에 상기와 같은 문제점이 존재한다.

상기 소입자의 함량은 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2%이다. 함량이 0.01중량%보다 적은 경우에는 주행마찰계수가 높아 가공성이 불량해지며, 반면 함량이 4중량%보다 많은 경우에는 활제의 응집현상으로 인하여 조대입자가 생성되어 자기테이프로 제조시 드롭아웃(drop-out)현상이 나타나므로 바람직하지 않다.

상기 대입자의 함량은 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2중량%이다. 함량범위를 한정한 근거는 상기 소입자의 경우와 같다.

본 발명에 따르면, 상기 유기활제 외에 무기활제로서 탄산칼슘, 실리카, 카올린 및 알루미나 등의 무기활제중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 상기 무기활제의 평균입경은 0.005 내지 0.15㎛, 바람직하게는 0.001 내지 0.1㎛이다.

상기 무기활제의 평균입경이 0.005㎛보다 작은 경우에는 필름에서의 표면조도가 낮아져서 마찰계수가 증대되므로 주행성이 불량해지게 되고, 반면 평균입경이 0.15㎛보다 큰 경우에는 그러한 활제를 이용하여 제조된 자기테이프의 경우 표면에 분포된 알루미나 및 극미세형 구상실리카 입자의 절대수가 부족하여 고속주행시의 내스크래치성이 불량해지므로 바람직하지 않다.

상기 무기활제의 함량은 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2중량%이다. 함량이 0.01중량%보다 적은 경우에는 주행마찰계수가높아 가공성이 불량해지고, 반면 함량이 4중량%보다 많은 경우에는 분산성이 불량해지며 필름의 물리적 특성이 저하된다.

한편, 필름제조시 상기 유기활제는 슬러리 상태로 첨가되는 것이 일반적인데, 슬러리를 제조하기 위하여 사용되는 용매로는 통상적으로 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 바람직하게는 에틸렌글리콜을 사용한다.

또한, 슬러리 제조에 있어서 상기 용매와 함께 분산제를 사용할 수도 있다.

예를 들면, 용매로서 에틸렌글리콜을 사용하는 경우에는, 아크릴계 화합물(소듐 폴리아크릴레이트, 메타아크릴산나트륨, 아크릴산 암모늄)과 벤젠술폰네이트계 화합물 등의 분산제 중에서 에틸렌글리콜에 가용성인 것을 적당히 선택하여 사용하면 된다.

본 발명에 있어서의 폴리에스테르 필름의 제조방법은 특별히 한정된 것은 아니지만, 상기의 첨가제를 포함하여 분자량이 2만 내외인 폴리에스테르를 티-다이법 등에 의해 용융압출시켜 미연신 시이트로 제조한 다음, 이를 2축연신하는 것이 바람직하다.

연신법은 통상의 폴리에스테르 제조에 있어서와 동일하며, 상기의 첨가물에 의해서 특별히 공정상 변화가 요구되지 않는다. 연신온도는 60 내지 150℃ 이고, 연신배율은 종방향, 횡방향 모두 2.5 내지 6배로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 제조된 폴리에스테르 필름은 그 용도에 따라 적절한 두께로 제조가 가능하나, 통상적으로는 2.0 내지 200㎛의 두께를 가지도록 한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하고자 하며, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 유기활제인 폴리스티렌 또는 무기활제를 첨가하여 제조된 필름의 각종 성능평가는 다음 방법에 의하여 실시하였다.

(1) 입자의 평균입경

시마쥬사(일본)의 원심분리 입도측정기(SACP-2)를 이용하여, 에틸렌글리콜 용매에 분산시켜 슬러리 상태로 만든 스티렌 입자의 체적 평균입경을 측정하였다.

(2) 분자량

워터스사(미국)의 분자량 측정장치(WATERS 150C)를 이용, 이동상으로는 메타-크레졸을 사용하고 유속 1 ml/min, 칼럼온도 100℃ 하에서 폴리머의 분자량을 측정하였다.

(3) 표면의 평활성

코사카연구소(일본)의 표면조도계(SURFCORDER SE-30D)를 사용하여 길이가 30mm 이고, 폭이 20mm 인 두께 20㎛의 필름에 대해 접촉식으로 표면조도를 측정하였다.

중심선 평균조도(Ra) : 조도곡선의 평균선에 평행인 직선을 그었을 때 그 직선의 양쪽면적이 똑같아지는 직선의 높이를 측정하였다.

중심선 최대높이(Rt) : 측정구간중에서 최대높이와 최저깊이의 거리값을 측정하였다.

평균조도 및 최대높이는 낮을수록 평활성이 우수하며 응집성이 양호한 것이다.

(4) 구형도

시마쥬사(일본)의 원심분리 입도측정기(SACP-2)를 이용하여, 에틸렌 글리콜 슬러리에 분산시켜 슬러리 상태로 만든 스티렌 입자에 대하여 측정한 입도결과로부터 입자의 장경/단경의 비를 계산하였다.

1.0 ≤ 구형도〈 1.1 : 균일성 매우 양호 (◎)

1.1 〈 구형도 〈 1.2 : 균일성 양호 (○)

1.2 ≤ 구형도 〈 1.3 : 균일성 보통 (△)

1.3 ≥ 구형도 : 균일성 불량 (×)

(5) 내보이드성

필름표면에 분포된 보이드를 관찰하여 보이드비(보이드 포함 길이/활제길이)를 측정함으로써 내보이드성을 평가하였다.

1.0 : 내보이드성 매우 양호 (◎)

1.0 〈 보이드비 〈 1.2 : 내보이드성 양호 (○)

1.2 ≤ 보이드비 〈 1.5 : 내보이드성 보통 (△)

1.5 ≥ 보이드비 : 내보이드성 불량 (×)

(6) 내스크래치성

필름을 300m/분 속도로 고속주행시킨 후, 필름표면에 손상된 면을 현미경으로 관찰하여 테이프폭 주위에 발생한 스크래치선의 유,무로써 내스크래치성을 평가한다.

◎ : 스크래치성 우수 (스크래치선이 2개 이하)

○ : 스크래치성 양호 (스크래치선이 3 내지 4개)

△ : 스크래치성 보통 (스크래치선이 5 내지 6개)

× : 스크래치성 불량 (스크래치선이 7개 이상)

(7) 고속주행후 내마모성

요코하마 시스템 연구소(일본)의 테이프 주행성시험기(TBT 300DH)를 이용하여, 20℃, 60% RH 분위기에서 필름을 1/2 인치 폭으로 슬리팅하여 300 m/분 속도로 200m 길이를 고속 주행한 후, 현미경으로 관찰하여 가이드 핀 주위에 백분이 발생하는 정도로서 내마모성을 평가하였다.

◎ : 가이드핀에 백분이 전혀 없는 경우

○ : 가이드핀에 백분이 가이드핀 면적의 1/5 정도 발생할 경우

△ : 가이드핀에 백분이 가이드핀 면적의 1/2 정도 발생할 경우

× : 가이드핀에 백분이 가이드핀에 전반적으로 발생할 경우

(8) 고속주행성

요코하마 시스템연구소(일본)의 테이프 주행성시험기(TBT 300DH)를 이용하여, 20℃, 60% RH 분위기에서 필름을 1/2 인치 폭으로 슬리팅하여 주행시킨 후, 초기의 μk를 아래의 식으로 구한다.

μk = 0.733 log(T_out/T_in)

단, T_in은 입구장력이고, T_out은 출구장력이다.

그 다음, 가이드핀을 필름 주행방향 또는 역방향으로 회전시킨 후 권취부분의 각을 180。로, 주행속도를 50cm/sec로 그리고 주행장력을 300gr으로 한 상태에서 측정한 후 아래와 같이 평가하였다.

◎ : 고속주행성 우수 ( μk ≤ 0.10 )

○ : 고속주행성 양호 ( 0.10〈 μk 〈 0.20 )

△ : 고속주행성 보통 ( μk = 0.20 )

× : 고속주행성 불량 ( μk 〉0.20 )

실시예 1 내지 4

통상의 방법으로 폴리에스테르를 중축합반응함에 있어서, 가교형 폴리스티렌 유기활제를 표 1에 표시한 것과 같이 무기활제인 델타알루미나, 알파알루미나 또는 구상실리카와 함께 표 1과 같은 첨가량이 되도록 투입하여 분자량 2만 내외의 폴리머를 만들었다. 그 다음에, 상기 폴리머를 용융압출하여 통상의 방법으로 미연신시이트를 만들고, 90℃에서 종방향으로 3.0배, 횡방향으로 3.0배 연신하여 15㎛ 두께의 2축연신 필름을 제조하였다. 제조된 필름의 성능을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 1 내지 7

유기활제인 폴리스티렌 대신에 무기활제를 투입하는 것을 제외하고는, 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 제조한 2축연신 폴리에스테르 필름에 대하여 성능을 평가하여 ,그 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1

첨가제조제조건

성능평가결과

활제

종류

평균입경(㎛)

투입량(중량%)

분자량

표면평활성

구형도

내보이드성

내스크래치성

고속주행후 내마모성

고속주행성

수평균분자량(Mn)

중심선평균조도(Ra:㎛)

중심선최대높이(Rt)

실시예

1

폴리스티렌(A)+폴리스티렌(B)+극미세형 구상실리카

0.3/0.9/0.10

0.3/0.1/0.1

19,600

0.017

0.143

◎

◎

◎

◎

◎

2

폴리스티렌(A)+폴리스티렌(B)+극미세형 구상실리카

0.4/0.7/0.10

0.3/0.15/0.1

21,100

0.016

0.132

◎

◎

◎

◎

◎

3

폴리스티렌(A)+폴리스티렌(B)+알파알루미나

0.3/0.9/0.08

0.3/0.1/0.08

19,800

0.017

0.146

◎

◎

◎

◎

◎

4

폴리스티렌(A)+폴리스티렌(B)+델타알루미나

0.3/0.7/0.05

0.2/0.15/0.06

20,000

0.017

0.155

◎

◎

◎

◎

◎

비교예

1

바테라이트탄산칼슘+감마알루미나

0.3/0.2

0.3/0.1

19,400

0.014

0.135

○

○

△

△

△

2

탄산칼슘+감마알루미나

0.5/0.1

0.2/0.2

18,800

0.019

0.225

×

×

△

△

△

3

바테라이트탄산칼슘+델타알루미나

0.3/0.09

0.3/0.3

20,700

0.014

0.143

○

○

○

△

△

4

탄산칼슘+델타알루미나

0.5/0.12

0.3/0.2

20,200

0.023

0.302

×

×

○

△

△

5

탄산칼슘+델타알루미나

0.5/0.15

0.2/0.2

20,100

0.022

0.333

×

×

○

△

△

6

바테라이트탄산칼슘+알파알루미나

0.5/0.08

0.3/0.2

19,700

0.018

0.179

○

○

◎

◎

△

7

탄산칼슘+알파알루미나

0.5/0.1

0.3/0.15

20,100

0.021

0.201

×

×

◎

◎

△

상기 표 1에서, ◎ : 우수, ○ : 양호, △ : 보통, × : 불량을 나타낸다.

실시예 1 내지 4에서 폴리스티렌(A)는 소입자, 폴리스티렌(B)는 대입자임.

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 무기활제와 함께 유기활제인 가교형 폴리스티렌이 추가로 첨가된 본 발명에 의한 폴리에스테르 필름은 제반 물성면에서 무기활제만이 첨가된 기존의 폴리에스테르 필름에 비해 우수하였다.

무기활제와 함께 유기활제인 스틸렌이 추가로 첨가된 본 발명에 의한 2축배향 폴리에스테르 필름은 표면특성, 내보이드성, 고속주행시의 내스크래치성 및 내마모성 등이 우수하므로 자기기록 매체용으로 사용적합하다.

Claims (4)

1. 유기활제를 포함하는 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름에 있어서,

   상기 유기활제는 구형도(장경/단경)가 1.0 내지 1.1이고 평균입경이 0.01 내지 0.6㎛이며 그 함량이 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%인 가교형 폴리스티렌 소입자 및

   구형도가 1.0 내지 1.1이고 평균입경이 0.7 내지 3.0㎛이며 그 함량이 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%인 가교형 폴리스티렌 대입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름.
2. 제 1항에 있어서, 무기활제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름.
3. 제 2항에 있어서, 상기 무기활제는 탄산칼슘, 실리카, 카올린 및 알루미나로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름.
4. 제 2항에 있어서, 상기 무기활제는 평균입경이 0.005 내지 0.15㎛이고 그 함량이 폴리에스테르 필름 기준으로 0.01 내지 4중량%인 것을 특징으로 하는 자기기록 매체용 2축배향 폴리에스테르 필름.