KR100215482B1 - 고분자 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고분자 필름은 반복단위의 60% 이상이 에틸렌테레프탈레이트이고 극한점도가 0.4 내지 0.9dl/g인 폴리에스테르 수지, 상기 폴리에스테르 수지에 대하여 5 내지 40중량%의 폴리올레핀 수지 및 상기 폴리올레핀 수지에 대하여 1 내지 10중량%의 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트계 화합물을 포함하는데, 질감이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 특성, 경량성, 후가공성이 뛰어나다. 따라서, 종이 대체용품으로 사용하기 적합하다.
단, R은 에폭시, 락탐, 카프로락탐 또는 옥사졸린기임.
Description
본 발명은 고분자 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 기계적 특성, 외관, 후가공성 등이 우수할 뿐만 아니라 가볍고 질감이 우수하여 종이 대용으로 사용하기에 적합한 고분자 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
사회 구조가 점점 복잡해지면서 다양한 용도에 맞는 소재의 필요성이 증가함에 따라 이를 위한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 종이는 제조 원가의 상승과 재료의 한계에 따른 수급 불안뿐만 아니라 수분 및 박테리아의 침투로 인해 장기간 보존이 어렵다는 문제점이 있기 때문에, 종이와 같은 질감을 가지면서도 보존이 용이하고 수요에 대하여 신축적으로 공급될 수 있는 플라스틱 재료의 개발에 대한 요구는 증대하고 있다.
종이 대용 재료로서 고려될 수 있는 플라스틱 재료로는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌으로 대표되는 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 대표되는 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리스티렌 등이 있다. 이중, 폴리염화비닐은 연소시 유해한 염소 가스가 발생하는 문제점이 있다. 폴리스티렌은 투명성과 후가공성이 우수하다는 장점은 있지만, 제조 비용이 비싸다는 문제점이 있을 뿐만 아니라 그 제조 공정에서 유독 가스 발생하는 문제점이 있다. 이에 비해, 폴리올레핀 수지와 폴리에스테르 수지는 유독가스 발생의 문제점이 없으며, 특히 폴리올레핀 수지는 가격이 저렴하고 가공성이 양호하며, 폴리에스테르 수지는 기계적 특성과 치수 안정성이 우수하다는 장점이 있다. 그러나, 폴리올레핀 수지는 기계적 특성이 좋지 않고, 폴리에스테르는 후가공성이나 유연성이 부족하다는 단점이 있다.
이에 따라, 단순한 종이 대용 소재로서 뿐만 아니라 다양한 소재로서 사용이 가능하고, 내충격성, 내열성, 내유성, 내화학성, 내환경성 및 후가공성이 우수한 필름을 제조하기 위하여, 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지를 블렌딩하는 방법이 검토되고 있다. 본 발명은 후술하는 특성을 갖는 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지를 블렌딩에 관한 것이다.
폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등이 있으며, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트는 화학 및 물리적으로 안정하고 기계적 강도가 높으며, 내열성, 내구성, 내약품성 등이 우수하여 의료용 및 각종 산업용품으로 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 탄성률, 치수안정성, 이활성 등의 성질이 우수하여 자기기록 매체용, 콘덴서용, 포장용, 사진필름용, 라벨용 및 각종 그래픽아트용품으로 폭넓게 사용되고 있다. 최근에는 각종 자기카드(신용 및 통신카드), 라벨, 프린터용 수상지, 바코드 프린터용 수상지, 포스터, 달력, 지도, 무진지, 표지판, 백판, 인화지, 복사용지 및 기타 특수용도의 인쇄 출판물 등에의 사용이 증가되고 있다.
그러나, 폴리에스테르 필름은 지나치게 뻣뻣하여 질감이 좋지 않기 때문에, 이와 같은 종이 대용으로 사용하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 투명도나 색상 면에서 종이와 다르고, 폴리에스테르 자체의 밀도가 높다는 문제점이 있기 때문에, 폴리에스테르 필름 자체만으로는 종이 대용으로 사용하는데 한계가 있다.
현재, 폴리에스테르 필름에 그 자체의 우수한 특성을 유지하면서 종이와 같은 질감 및 경량성을 갖도록 하기 위하여 여러 가지 방법이 개발되었으며, 대표적인 방법이 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지를 블렌딩하는 것이다.
참고로, 폴리올레핀 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리메틸펜텐 등이 있으며, 이중 연신 필름용으로는 폴리프로필렌이 널리 사용되고 있다. 폴리프로필렌은 범용 플라스틱중 밀도가 0.90 내지 0.92g/cm3으로 가장 가볍고 투명하며, 내열강도, 전기절연성, 내약품성 및 내굴곡성이 우수할 뿐만 나니라, 무해, 무독하여 작업성이 매우 우수하다는 장점이 있지만, 충격 강도가 약하다는 단점이 있다.
일본 특허 공개 공보 소57-49648호에는 폴리에스테르에 폴리올레핀 수지를 배합, 연신 함으로써 필름 표면 및 내부에 미세 기공을 형성시켜 표면성과 경량화를 동시에 추구하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지는 상용성이 매우 불량하기 때문에, 서로 충분하게 혼합되기 어렵다는 문제점이 있다. 높은 온도에서 기계적 조작을 충분히 한다 하더라도, 수지간의 층 분리 현상을 막을 수 없다. 뿐만 아니라, 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지를 블렌딩하여 얻어진 수지 필름을 연신 하면, 미세 기공이 발생하여 경량화 시킬 수는 있지만 표면특성이 불량하여 인쇄적성이 떨어지고 기계적 특성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 질감이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 특성, 경량성, 후가공성이 뛰어난 고분자 필름을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상술한 특성을 갖는 고분자 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컴파운딩 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1. 예열부
2. 1차 혼합부
3. 수분 자연배출구
4. 2차 혼합부
5. 수분 진공 배출구
6. 용융혼합 수지
a. 폴리올레핀/메타크릴레이트
b. 폴리에스테르
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 폴리에스테르 수지, 상기 폴리에스테르 수지에 대하여 5 내지 40중량%의 폴리올레핀 수지 및 상기 폴리올레핀에 대하여 1 내지 10중량%의 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 필름이 제공된다.
[화학식 1]
단, R은 에폭시(epoxy), 락탐(lactam), 카프로락탐(caprolactam) 또는 옥사졸린(oxasolin)기임.
상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀계 수지 및 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트계 화합물을 용융 혼련하여 혼합 수지를 제조하는 단계, 상기 단계에서 얻어진 혼합 수지를 용융한 다음, 다이를 통하여 용융쉬트의 형태로 압출하는 단계, 상기 압출되는 용융쉬트를 급속 냉각, 고화하여 쉬트를 제조하는 단계 및 상기 고화 쉬트를 연신하는 단계를 포함하는 고분자 필름의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에서는 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지를 블렌딩한 필름을 제조함에 있어서, 메타크릴레이트계 화합물에 의하여 폴리에스테르에 하이드록시기나 카르복실기를 형성시킴으로써 폴리올레핀과의 상용성을 개선시키는 것을 특징으로 한다.
폴리에스테르는 방향족 디카르복실산 주성분으로 하는 산성분과 알킬렌글리콜을 주성분으로 하는 글리콜 성분을 중축합한 것이다. 방향족 디카르복실산 성분으로는 디메틸테레프탈레이트, 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 사이클로헥산 디카르복실산, 디페녹시에탄 디카르복실산, 디페닐 디카르복실산, 디페닐에테르 디카르복실산, 안트라센 디카르복실산, α,β-비스(2-클로로페녹시)에탄-4,4'-디카르복실산 등이 있으며, 바람직하기로는 디메틸테레프탈레이트, 테레프탈산이 있다. 글리콜 성분으로는 에틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 펜타메틸렌글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 헥실렌글리콜 등이 있으며, 바람직하기로는 에틸렌글리콜이 있다.
본 발명에서 사용되는 폴리에스테르는 호모 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 반복 단위가 60중량% 이상이고 나머지가 다른 반복단위로 이루어진 공중합체인 것이 바람직하다. 공중합 성분으로는 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 네오펜틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, p-키실렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 5-나트륨설포레졸신 등과 같은 디올 성분과 아디프산, 5-나트륨설포이소프탈산 등과 같은 디카르복실산 성분 또는 트리메릴트산, 피로메릴트산 등과 같은 다관능 디카르복실산 성분이 있다. 또한, 폴리에스테르는 극한 점도가 0.4 내지 0.9(dl/g)인 것이 바람직하다.
이외에도, 폴리에스테르 수지는 그 제조 공정에 공지의 첨가제들, 예를 들면 중축합 촉매, 분산제, 정전인가제, 결정화촉진제, 기핵제, 블로킹방지제 등이 첨가될 수 있다.
폴리올레핀 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등이 있으며, 용융지수가 1 내지 20(g/10분)이고 용융점이 140 내지 180℃인 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에 따르면, 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 프로필렌과 다른 올레핀과의 공중합체가 바람직하며, 폴리에스테르 수지에 대하여 5 내지 40중량% 함유되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 고분자 필름에는, 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지간의 혼련이 용이하게 이루어지도록 하기 위하여, 폴리에스테르 수지와의 반응이 용이한 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트계 화합물이 함유되어 있다. 이러한 화합물은 폴리에스테르가 하이드록시기나 카르복실기와 같은 관능기를 갖게 함으로써, 폴리에스테르와 라디칼말단기를 갖는 폴리올레핀 수지의 상용성을 개선시켜 주는 역할을 한다. 본 발명에 있어서, 메타크릴레이트계 화합물은 폴리올레핀 수지에 대하여 1 내지 10중량% 함유되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 상술한 바와 같은 조성을 이용하여 고분자 필름을 제조하는 공정을 통하여, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 상술한 바와 같은 조성으로 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 및 메타크릴레이트계 화합물을 혼련 시킨다. 여기에서, 폴리에스테르 수지와 메타크릴레이트계 화합물을 먼저 반응시킨 다음, 폴리올레핀을 첨가하여 혼련 시키는 단계별 공정도 가능하지만, 이러한 방법은 너무 복잡하고 생산성이 저하되는 단점이 있기 때문에 혼련과 반응이 동시에 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 혼련과 반응이 동시에 이루어지는 공정은 컴파운더 반응기를 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 컴파운딩이란 2종 이상의 고형물을 일정 성분비로 투입하여 일정 온도, 일정 체류 시간 내에서 혼합물 성분의 비균질을 없애는 작용(혼합)을 거친 후, 외부로 토출, 냉각, 절단(칩 형성화)하여 이동 및 운반이 용이하도록 하였다가, 필요시 재차 용융하여 필름과 같은 새로운 성형물로 제조가 가능하도록 하는 일련의 과정을 의미한다.
이런 과정에 이용되는 컴파운더는 그 영역에 따라 고체이송 영역, 용융 영역, 토출 영역으로 나누어지는데, 상세히 설명하면 다음과 같다.
고체 이송 영역은 공급된 고체 상태의 고형 분말을 베렐을 따라 이송하여 용융 영역으로 전달하는 역할을 한다.
용융 영역은 베렐 주위에 있는 열원체로부터 열전도에 의하여 고형 분말(수지 및 무기물 등)로 열을 전달하여 이를 용융시키는 부분으로서, 압출기 내의 스크루 회전을 통하여 유체를 유동시켜 열교환이 원활하게 이루어지도록 함으로써 용융이 균일하게 진행되도록 하는 역할도 한다. 또한 스크루의 회전에 의하여 발생되는 기계적 에너지가 고체의 소성 변형, 베렐과의 마찰열, 유체의 점성 유동 등에 의해 열에너지로 변환되어 고형 분말이 용융되도록 하는 역할도 한다.
마지막으로, 토출 영역은 용융혼합된 수지를 외부로 밀어내는 부분이다.
컴파운딩에 있어서, 최적의 공정 조건이란 최저의 포텐셜 에너지에서 최고의 분산성을 유지하는 것이며, 이를 위한 조절 변수로는 베렐 온도, 스크루 회전 속도, L/D(Length/Diameter) 비 등이 있다. 특히, 본 발명과 같이 서로 혼합성이 없는 두 종류의 고분자 수지를 혼합하는 경우에는 컴파운더 내에서의 높은 분산기술이 요구된다.
폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지간의 혼합도를 높이기 위해서는 다음과 같이 정의되는 분산지수(K)가 높아야 한다.
여기서,,,
σ:계면 장력,
상기 식에서 알 수 있는 바와 같이, 분산지수를 높이기 위해서는 전단 응력, 전단 속도는 크게 하고, 계면 장력과 폴리올레핀 수지 입경은 작도록 하는 공정 조건을 설정해야 한다. 본 발명에서 사용하는 메타크릴레이트계 화합물은 먼저 폴리에스테르와 반응하여 하이드록시기나 카르복실기를 발생시켜 폴리에스테르의 계면장력을 감소시켜 분산지수를 높이는 작용을 한다. 여기에서, 메타크릴레이트계 화합물이 폴리올레핀에 대하여 10중량%를 초과하면, 메타크릴레이트계 화합물간 자체 반응이 발생하여 오히려 분산지수가 떨어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지를 균일하게 혼합시키기 위한 컴파운딩 조건은 다음과 같다.
컴파운더에 투입하는 초기 입구 온도(Ti)는 210 내지 250℃의 범위가 되도록 하는데, 이는 210℃ 미만의 경우에는 스크루에 걸리는 과부하로 인하여 기기를 손상시킬 뿐만 아니라 미용융 수지가 존재할 가능성이 높으며, 250℃를 초과할 경우에는 용융된 수지의 역류 현상이 발생하여 원활한 생산이 어렵고 상용화제로 사용되는 메타크릴레이트계 화합물의 분해 현상이 촉진되기 때문이다. 바람직한 초기 입구온도는 220 내지 240℃이다.
혼합 용융수지가 나오는 최종 출구 온도(Tf)는 250 내지 290℃의 범위로 한다. 250℃ 미만의 경우에는 두 수지간의 효과적인 분산을 기대할 수 없으며, 290℃를 초과할 경우에는 지나친 고온으로 인한 열분해에 의해 황화현상이 발생하거나 극한 점도가 극도로 낮아지는 현상이 발생하여, 품질이 우수한 필름이나 성형품을 얻기 힘들기 때문이다. 바람직한 최종 출구 온도는 260 내지 280℃이다.
컴파운딩시 체류시간(t)은 1 내지 5분이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2 내지 4분이다. 체류시간이 1분 미만이면 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지간의 접촉시간 및 접촉면적이 작아서 혼합이 충분하게 이루어지지 못하며, 5분을 초과하면 지나친 열량공급으로 인하여 열분해될 수 있기 때문이다.
마지막으로, 최종 토출수지 온도(Tp)는 255 내지 300℃가 바람직하며, 특히 270 내지 290℃가 좋다.
이상과 같은 폴리에스테르 수지와 폴리올레핀 수지를 용융혼합하는 과정에 있어서, 원활한 용융혼합을 위해서는 단순한 온도 조절만이 아니라, 컴파운더 기기의 규격(L/D), 수지 토출량, 회전축 rpm 조건의 적절한 조합을 전제로한 온도 조절이 바람직하다. 또한 폴리에스테르와 폴리올레핀의 혼합 비율과 관련하여 폴리올레핀의 첨가량이 증가할 수록 원활한 혼합을 위하여 공정 온도 및 회전수를 상향 조절해야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컴파운딩 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 컴파운더는 예열부 (1)를 거치면서 가열되기 시작하여, 계속적으로 가열된다. 예열부 (1)에 이어지는 1차 혼합부 (2)에서 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 수지 및 메타크릴레이트가 혼합된다. 즉, 1차 혼합부 (2)에서 폴리올레핀과 메타크릴레이트 (a)가 먼저 투입된 다음, 이로부터 컴파운더 출구 쪽 부분에서 폴리에스테르 (b)가 투입된다. 1차 혼합과정을 거친 다음, 수분 자연배출구(3)를 통하여 증발된 수분이 배출된다. 계속하여 2차 혼합부(4)를 거쳐 혼합이 완전하게 이루어진 다음, 수분 진공 배출구(5)를 통하여 잔존 수분이 강제적으로 배출되고 적절한 범위 내로 온도(Tf)가 유지되는 출구를 통하여 용융혼합 수지 (6)가 나온다.
폴리에스테르와 폴리올레핀의 용융혼합은 상호 상용성이 불량하기 때문에 일축회전축보다 이축회전축 컴파운더를 사용하는 것이 효과적이며 동방향이나 이방향 회전축 모두 가능하다.
또한, 양호한 품질의 용융혼합된 수지를 생산하기 위해서는 컴파운더 내에서 발생되는 수분의 제거가 필수적이며, 특히 폴리에스테르 수지는 사전에 충분히 건조시켜 사용하면 더욱 효과적이다.
이상과 같은 방법으로 제조된 혼합 수지는 후술하는 방법에 따라 쉬트로 제조된 다음, 연신하여 필름으로 제조된다.
본 발명에 따라 제조된 혼합 수지는 통상의 방법으로 압출 성형된다. 이 때, 성형되는 수지는 연화한 상태로 성형되도 무방하지만, 압출 성형기를 이용하여 가열 용융한 다음, 성형되는 것이 바람직하다. 압출 성형기로는 1촉 압출 성형기, 2축 동방향 또는 이방향 압출 성형기중 어느 것이라도 사용가능하며, 통기 구멍이 설치되어 있지 않아도 무방하다. 바람직하기로는, 1축 직렬 랜덤형이 성형되는 쉬트의 물성 균일성에 유리하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 압출 성형기 내에는 필터를 구비할 수 있다. 혼련된 수지가 필터를 거치면, 수지의 혼련 효과가 커질 뿐만 아니라 혼련되지 않은 응집체를 제거할 수 있기 때문이다. 이와 같은 용도로 사용되는 필터는 100 내지 600메시가 적절하며, 바람직하기로는 400 내지 500메시이다. 필터의 메시 형상은 평판형, 원통형 등이 어느 것이나 가능하다.
본 발명에 있어서, 압출되는 수지의 온도는 주어진 상황에 따라 선택될 수 있으며, 수지의 융점에서부터 분해 온도＋50℃까지의 범위가 적절하다. 용융을 위해서는 융점 보다 높을 필요가 있으며, 너무 온도가 높으면 수지의 분해가 현저하게 일어나 황화 현상이 발생할 뿐만 아니라 압출기 내에서 열화, 발포될 수 있기 때문이다.
다이를 통하여 압출되는 용융 쉬트는 냉각롤을 이용하여 급속 냉각, 고화된다. 냉각롤로는 기체나 액체 등의 냉매가 내장된 금속 롤이 바람직하다. 금속 롤은 쉬트의 두께를 균일하게 하거나 표면 특성을 개선하는데 적합하기 때문이다. 냉각롤의 표면 온도는 0 내지 20℃로 유지되는 것이 바람직하다. 표면 온도가 0℃ 미만인 경우에는 냉각 속도가 너무 빨라지고 쉬트의 강성이 급속히 커지기 때문에, 용융쉬트가 고화되면서 물결치는 현상이 발생하며, 20℃를 초과하는 경우에는 고화된 쉬트의 결정화도가 증가하여 연신 공정에서 파단 현상이 다발하는 문제점이 있기 때문이다. 냉각 속도는 3 내지 200℃/초가 바람직하다.
제조된 쉬트는 1축 또는 2축 연신되어 필름으로 제조된다. 연신 공정으로는 종방향 연신 이후 횡방향 연신 공정을 거치는 2축 연신이 바람직하다. 필름의 두께 균일도를 높이고 기계적 특성을 향상시키는데 더 유리하기 때문이다. 본 발명에 있어서, 연신은 통상적인 방법으로 이루어질 수 있으며, 바람직하기로는 다음과 같다.
종방향 연신 온도는 특별한 제한은 없으나, 쉬트의 유리전이 온도에서 냉결정화 온도 사이가 적절하다. 연신 온도가 유리전이 온도 미만이면 쉬트의 연화가 불충분하여 연신이 용이하게 이루지지 않으며, 냉결정화 온도를 초과하면 결정화가 지나치게 진행되어 균일한 기계적 특성을 얻을 수 없기 때문이다. 종방향 연신비는 2 내지 5가 바람직하다. 연신비가 2 이만인면 연신 효과가 미미하고, 5를 초과하면 이후 이어지는 횡방향 연신이 어렵기 때문이다.
본 발명에 따르면, 종방향으로 연신된 필름은 복굴절 절대값(｜Δn｜)이 하기 수학식 2를 만족하는 것이 바람직하다. 복굴절 절대값이 10-3미만이면 연신 효과가 미미하다는 의미이며, 50×10-3를 초과하는 경우에는 다음 단계의 연신 공정이 어렵기 때문이다.
종방향으로 1차 연신된 필름은 필요할 경우 횡방향으로 연신될 수 있으며, 이 경우 기계적 특성의 향상 효과는 더욱 크다. 횡방향은 연신은 통상적인 방법으로 이루어질 수 있지만, 텐터를 이용하는 것이 바람직하다. 연신 온도는 쉬트의 유리전이 온도보다 5 내지 30℃ 높은 온도 범위 내에 유지되도록 한다. 연신 온도가 상기 범위 미만이면 쉬트의 연화가 불충분하여 연신이 어렵고, 상기 범위를 초과하면 표면의 일부가 용해되어 균일한 두께로 연신되기 어렵기 때문이다. 횡연신비는 필름의 용도 또는 두께에 따라 적절한 범위로 이루어질 수 있지만, 3 내지 10이 바람직하다. 연신비가 3 미만이면 횡방향 기계적 강도가 충분하지 않고, 10을 초과하면 파단이 일어날 수 있기 때문이다. 연신 속도는 10 내지 105(%/분)이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 횡방향으로 연신된 필름의 복굴절 절대값이 40×10-3이하가 되도록 공정 조건을 조절하는 것이 바람직하다. 복굴절 절대값이 40×10-3를 초과하는 경우에는 종/횡의 강도 균형이 무너질 수 있기 때문이다. 본 발명에 따라서, 상술한 바와 같은 연신 공정을 거친 필름은 투명성을 유지하면서도 기계적 강도가 우수하다.
이외에도, 필름의 치수안정성, 내열성, 강도 균일성을 향상시키기 위하여 일정한 고온 상태에서의 열고정 공정을 거칠 수 있다. 열고정은 통상적인 방법으로 이루어지며, 주변 조건은 일반 공기 분위기도 가능하며, 아르곤 가스나 질소 가스 또는 그 혼합가스 분위기가 바람직하다. 열고정 온도는 필름의 속도를 고려하여 적절히 조절되며, 필름의 융점-100℃ 내지 융점 사이의 온도에서 0.5 내지 120초 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 필요할 경우, 이러한 조건 하에서 열고정을 2회 이상 반복할 수 있지만, 열고정에 소요되는 시간은 3분 이하가 바람직하다. 열처리 시간이 길어지면, 성형중 필름이 늘어나서 변형될 수 있기 때문이다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 효과를 구체적으로 설명하기로 하되, 본 발명을 반드시 이에 한정하려는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서 제조된 필름 및 공정상의 각종 성능 평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.
1) 겉보기 밀도
사염화탄소와 노르말헵탄으로 이루어진 밀도구배관을 25??로 유지하고 부침법에 의해 측정하였다.
2) 파단 강도
ASTM D 882에 의하여 필름의 인장강도(tensile strength)를 측정하였다.
3) 표면 조도
코사카사(일본)의 접촉식 2차원 표면조도 측정기(모델명: SE-30D)를 이용하여 컷오프(cut-off) 0.25mm의 조건하에서 측정하였다.
4) 마찰계수
하이돈사(일본)의 표면성 시험기(모델명: Heidon-14)를 이용하여, 하중 205g, 속도 150mm/min의 조건하에서 측정하였다.
5) 복굴절율()
아타고(Atago)사(일본)의 굴절율 측정기(모델명: 4T)를 이용하여 종/횡 방향 굴절율을 측정한 다음, 아래와 같은 식을 이용하여 계산하였다.
실시예 1
테레프탈산과 에틸렌글릴콜을 1 대 2의 당량비로 반응시켜 폴리에틸렌테레프탈레이트 단량체(bis-2-hydoxyethylterephthalate)를 생성한 다음, 중축합 반응시켜 극한점도가 0.610(dl/g)인 폴리에스테르 수지를 제조하였다. 표 1에 나타난 바와 같은 조건이 유지되는 컴파운더를 이용하여(도 1 참조), 얻어진 폴리에스테르 수지, 용융지수 16.6(g/10분)이고 용융점이 160℃인 폴리프로필렌 수지 및 그리시딜 메타크릴레이트를 혼합하여 고분자 칩을 제조하였다. 이 때, 폴리프로필렌은 폴리에스테르 수지에 대하여 20중량%이고, 그리시딜 메타크릴레이트는 폴리프로필렌에 대하여 2중량%가 되도록 유지되었다. 또한, 컴파운더는 L/D가 40인 이축 동방향 컴파운더(기기명: ZSM25)를 이용되었으며, 컴파운더의 초기 입구 온도 240??, 최종 토출 온도 270??, 스크루 rpm 350, 토출되는 혼합용융 수지 온도 276??였다.
제조된 고분자 칩을 건조시켜 수분을 완전히 제거한 다음, 압출 온도가 205℃에서 스크루 rpm 120, 시간당 270kg의 속도로 용융압출하였다. 10℃로 유지되는 캐스팅 롤을 이용하여, 용융압출되는 쉬트를 급냉시켜 투명 쉬트를 제조하였다. 이어, 120℃에서 종방향으로 3배 연신하고, 150℃에서 횡방향으로 4배 연신한 다음, 200℃에서 열고정시켜 20㎛의 두께의 이축 연신 고분자 필름을 제조하였다.
제조된 필름은 파단강도 17kg/mm2, 비중 1.05, 표면 조도 0.025㎛, 마찰계수 0.26로서 질감과 기계적 물성이 우수하였다.
실시예 2-5
실시예 1과 동일한 방법으로 하되, 제조 조건을 표에 나타낸 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 변화시켜 필름을 제조하였는데, 제조된 필름의 물성은 전반적으로 양호했다.
비교예 1-5
실시예 1과 동일한 방법으로 하되, 제조 조건을 표에 나타낸 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 벗어나게 변화시켜 필름을 제조하였다. 표에 나타난 바와 같이, 제조된 쉬트는 측정된 물성중 어느 하나 이상이 좋지 않았다.
* 폴리프로필렌은 고분자에 함유되어 있는 폴리에스테르에 대한 함량임.
** GMA(그리시딜 메타크릴레이트)는 폴리프로필렌에 대한 함량임.
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 필름은 질감이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 특성, 경량성, 후가공성이 뛰어나다. 따라서, 본 발명의 필름은 종이 대체용품으로 사용되기에 적합하다.
Claims (7)
- 반복단위의 60% 이상이 에틸렌테레프탈레이트이고 극한점도가 0.4 내지 0.9dl/g인 폴리에스테르 수지, 상기 폴리에스테르 수지에 대하여 5 내지 40중량%의 폴리올레핀 수지 및 상기 폴리올레핀 수지에 대하여 1 내지 10중량%의 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 필름.[화학식 1]단, R은 에폭시, 락탐, 카프로락탐 또는 옥사졸린기임.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 및 폴리메틸펜텐으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 필름.
- 반복단위의 60% 이상이 에틸렌테레프탈레이트이고 극한점도가 0.4 내지 0.9dl/g인 폴리에스테르 수지, 용융지수가 0.1 내지 10(g/10분)이고 용융온도가 140 내지 180℃인 폴리올레핀 수지 및 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트계 화합물을 용융 혼련하여 혼합 수지를 제조하는 단계;상기 단계에서 얻어진 혼합 수지를 용융한 다음, 다이를 통하여 용융쉬트의 형태로 압출하는 단계;상기 압출되는 용융쉬트를 급속 냉각, 고화하여 쉬트를 제조하는 단계; 및상기 고화 쉬트를 연신하는 단계를 포함하는 고분자 필름의 제조 방법.[화학식 1]단, R은 에폭시, 락탐, 카프로락탐 또는 옥사졸린기임.
- 제3항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀계 수지 및 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트계 화합물의 혼련은 컴파운더를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 필름의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 컴파운더는 초기 입구 온도가 210 내지 250℃, 최종 출구 온도가 250 내지 290℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 고분자 필름의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 혼련은 상기 컴파운더 내에서 1분 내지 5분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 필름의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 컴파운더에서 토출되는 수지의 온도는 255 내지 300℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 고분자 필름의 제조 방법.
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| KR1019960059832A KR100215482B1 (ko) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 고분자 필름 및 그 제조 방법 |
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| KR1019960059832A KR100215482B1 (ko) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 고분자 필름 및 그 제조 방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR19980040609A KR19980040609A (ko) | 1998-08-17 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100369438B1 (ko) * | 1998-10-27 | 2003-03-17 | 에스케이씨 주식회사 | 백색 다공성 폴리에스테르 필름의 제조방법 |
-
1996
- 1996-11-29 KR KR1019960059832A patent/KR100215482B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100369438B1 (ko) * | 1998-10-27 | 2003-03-17 | 에스케이씨 주식회사 | 백색 다공성 폴리에스테르 필름의 제조방법 |
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