KR100242959B1 - 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 필름 표면에 이인쇄기능, 이접착기능, 히트실링기능, 대전방지기능, 기체투과도저하기능 또는 이형기능을 부여할 수 있는 기능성 수지 수용액을 도포하여 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 통상의 방법에 따라 무정형의 폴리에스테르 필름 시이트를 제조하고 종연신한 다음 여기에 상기 기능성 수지 수용액을 도포한 후 소정의 주파수 영역을 갖는 전자파를 조사하여 수용액층을 건조시킨 후 예열된 텐터(tenter)에서 횡연신시키는 방법이다.

본 발명의 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법은 제막(除幕)과정에서의 파단회수를 줄여 제조조업성이 높고 균일한 두께와 물성을 갖는 폴리에스테르 필름을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법

본 발명은 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에스테르 필름 표면에 이인쇄기능, 이접착기능, 히트실링기능, 대전방지기능, 기체투과도저하기능 또는 이형기능을 부여할 수 있는 기능성 수지 수용액을 도포하여 OHP용 필름이나, 레이저프린터 또는 잉크젯프린터용의 그래픽전용필름이나 디아조용 필름, 전자재료 보호용 필름 또는 포장재료 등으로 유용하게 사용할 수 있는 폴리에스테르 필름을 전자파를 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다.

폴리에스테르(polyester)는 우수한 기계적, 물리적, 화학적 성질을 갖는 폴리머로서, 섬유, 필름 및 기타 성형용제품 등에 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 필름부문에서는 각종 포장재료, 사진재료, 전기재료 및 메탈라이즈(metallize) 등에 널리 이용되어 지고 있다.

폴리에스테르 필름을 그래픽용 소재 및 각종 후가공용 소재로 사용하는 경우 새로운 기능성을 부여하기 위하여 일반적인 폴리에스테르 필름을 공중합 폴리에스테르 필름으로 제조하거나 필름표면에 코로나 처리를 하거나, 또는 화학물질을 피복시키는 방법 등을 사용하고 있다.

이들 방법중 화학물질을 폴리에스테르 필름에 도포하여 필름표면에 새로운 기능을 부여하는 방법이 공업적으로 가장 널리 쓰이고 있는 바, 이때 부여되는 기능으로는 첫째, 잉크와 폴리에스테르 필름사이의 인쇄성을 향상시키기 위한 이인쇄기능, 둘째, 각종 특수기능을 가지는 후가공제품들-예를들면 OHP용 필름이나 레이저 프린터 또는 잉크젯 프린터용의 그래픽전용필름이나 디아조용 필름을 만들기 위해 도포되는 물질들-과의 접착성을 부여하기 위한 이접착기능, 각종 포장의 라미네이션에 쓰이기 위한 히트실링(heatsealing) 기능, 각종 그래픽용 필름 및 전자재료 보호용 폴리에스테르 필름의 필수 기능인 대전방지기능, 포장재료로서 산소 및 기체투과도을 줄여주는 기능, 및 그밖에 폴리에스테르 필름위에 도포되는 화학물질과의 박리를 쉽게 해주는 이형기능 등이 있다.

일반적으로 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 칩(chip)을 용융 압출한 후에 이축연신을 하여 얻어진다. 보다 구체적으로는 폴리에스테르 칩을 300℃ 이상의 고온에서 압출하는 단계, 내부에 냉각수가 순환되고 있는 캐스팅 드럼(casting drum)을 사용하여 상온정도까지 냉각시켜 무정형의 시이트(sheet)를 제조하는 단계, 이를 상하 또는 횡으로 배치된 롤을 사용하여 시이트의 이동방향과 동일한 방향으로 3배 이상 연신시키는 단계, 이렇게 연신된 시이트를 열풍으로 예열된 텐터 내에서 시이트의 진행방향과 수직으로 3배 이상 연신시켜 이축연신 폴리에스테르 필름으로 제조하는 단계로 이루어진 공정을 거쳐 제조된다.

그런데, 이와같은 방법은 종래의 이축연신 폴리에스테르 필름을 제조하는 데는 적합하지만, 최근 그 수요가 급증하고 있는 상기한 바와 같은 기능성을 가지는 화학물질이 피복된 폴리에스테르 필름의 제조에 적용하는 데는 많은 문제점을 내포하고 있다.

다시말해, 종래 방법에 따라 기능성이 부여된 폴리에스테르 필름을 제조하는 경우 종연신 후 횡연신에 들어가기 전에 이인쇄, 이접착, 히트실링, 대전방지 또는 이형기능 등을 부여하기 위한 에멀젼 상태의 고분자나 수용성 또는 수분산성 화학 물질들을 도포한 후, 도포층을 텐터 내에서 건조함과 동시에 시이트 진행방향과 수직방향으로 횡연신시키기에 적당한 온도로 열을 가하여 예열시킨 다음, 횡연신하여 화학물질이 도포된 폴리에스테르 필름으로 제조한다.

이때, 텐터 내에서 횡방향으로 3배 정도 연신하기 위해서는 시이트에 도포된 수용액을 건조시키고, 동시에 시이트를 예열시켜 연신에 적당한 유리전이온도(Tg) 이상으로 가열하여야 한다. 이와같이 건조 및 예열공정을 거치는 동안 시이트에 도포된 기능성 화학물질 수용액의 건조가 균일해야 함은 물론 시이트도 균일하게 가열되어야만 연신이 균일하게 되어 고품질의 폴리에스테르 필름을 제조할 수 있다. 건조와 연신이 균일하지 못할 경우 첫째, 제품의 두께가 불균일하고, 피복층의 두께가 불균일하여 원하는 물성을 균일하게 얻지 못하고, 둘째, 최종필름의 횡방향의 강도(stress at break)의 저하와 열수축(heat shrinkage)의 증가 등을 초래할 수 있다.

그런데, 상기와 같이 텐터 내에서 열풍으로 수용액의 건조와 시이트의 예열을 동시에 수행할 경우 기능성 화학물질 수용액이 완전건조되기 전에 기능성 화학물질 수용액 도포층에 열풍이 직접 접촉하여 물결 무늬가 생기는 등 균일한 건조가 이루어지지 못한다. 또한 시이트의 예열이 균일하지 못하므로 횡연신이 균일하게 이루어지지 못해 균일한 물성을 가지는 폴리에스테르 필름을 제조하는 데는 상당한 문제점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 텐터 내부에는 기능성 화학물질 수용액으로부터 증발된 수증기와 외부에서 공급되는 열풍이 공존하기 때문에 온도구배가 생겨 예열과 연신이 균일하게 이루어지지 못하는 문제가 있다. 더욱이 종래의 폴리에스테르 필름 제조방법은 시이트만 가열하는 짧은 가열존(heating zone)을 갖는 텐터에서 건조와 예열을 동시에 수행해야하므로 충분한 열량을 공급하기 위하여 높은 온도로 과량의 열풍을 공급하여야 하는 데, 이때 시이트 표면에 화학물질 수용액이 도포된 부분과 도포되지 않은 부분의 비열 및 연신비의 차이로 인해 제막(除幕)도중 파단발생이 잦으며, 결국 생산성의 저하를 가져온다.

이를 개선하기 위한 방법으로는 텐터의 입구를 길게하여 가열존을 연장하는 방법이나, 화학물질을 도포한 후 건조기를 설치하여 건조후 횡연신하는 방법 등도 있겠지만, 가열존을 연장할 경우 텐터를 개조하는 설비개조비가 많이 드는 문제가 있고, 가열이나 열풍으로 건조하는 방법은 불균일연신으로 인하여 최종 필름의 물성을 열악하게 하는 등 여러 가지 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 폴리에스테르 필름의 제조방법을 화학물질을 필름 표면에 도포하여 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조에 적용하는 데 있어서의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 높은 제조 조업성과 균일한 두께와 균일한 물성을 갖도록 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법은 폴리에스테르 칩을 고온에서 용융압출한 후 상온으로 냉각시켜 무정형의 폴리에스테르 시이트를 제조하는 단계, 상기 시이트를 진행방향으로 종연신하고 그 표면에 기능성 수지 수용액을 도포하는 단계, 소정의 주파수 영역을 갖는 전자파를 조사하여 건조하는 단계, 및 예열된 텐터에서 횡연신하는 단계로 이루어진다.

이와 같은 본 발명의 제조방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 통상의 폴리에스테르 필름의 제조방법에서와 같이 무정형의 폴리에스테르 시이트를 제조하는 바, 구체적으로는 폴리에스테르 칩을 300℃ 이상의 고온에서 용융압출하고 내부에 냉각수가 순환되고 있는 캐스팅 드럼을 사용하여 상온으로 냉각시켜 무정형의 폴리에스테르 시이트를 제조한다.

이와 같이 제조된 무정형의 폴리에스테르 시이트를 연신하는 바, 그 방법은 시이트의 이동방향과 동일한 방향으로 3배 이상 종연신한다. 이와 같이 연신된 시이트 표면에 기능성 수지 수용액을 도포하는 데, 본 발명에서 기능성 수지 수용액으로는 통상의 폴리에스테르 필름이 그래픽용 소재나 각종 후가공용 소재로 쓰이도록 기능성을 부여할 수 있는 수지이면 되는 바, 보다 구체적으로는 아크릴계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리염화비닐계 수지 및 이들의 공중합체 중에서 1종 이상의 수지를 선택하여 사용할 수 있다. 이와같은 기능성 수지를 물과 함께 혼합하여 수용액의 형태로 종연신된 폴리에스테르 시이트 표면에 도포하며, 그 두께는 사용용도에 따라 달라질 수 있다.

그 다음, 본 발명에서 특징적으로 실시되는 건조단계로서 상기와 같은 방법으로 기능성 수지 수용액이 도포된 시이트 표면에 소정의 주파수 영역을 갖는 전자파를 조사하여 수용액을 건조시킨다. 이때 전자파의 주파수 영역은 0.1~10GHz인 것이 바람직한 바, 이같은 범위의 주파수를 가질 때 물분자 운동을 여기(excited state)상태로 할 수 있어 건조가 가능하게 된다.

이와 같이 전자파를 이용하여 기능성 수지 수용액 도포층을 건조하는 경우 건조가 균일하게 이루어지고 후공정시 예열이 균일하여 텐터에서 진행되는 연신과정에서 균일한 연신이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 종래 텐터 내부에서 기능성 수지 수용액 도포층의 건조와 예열이 동시에 이루어짐에 따른 제막중의 잦은 파단의 발생을 감소시킴으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.

이때, 전자파의 조사는 일반적인 반사판과 흡수판의 조합으로 이루어져 건조실에 조사되고 외부로 유출되는 전자파는 흡수판에 흡수되어지는 장치를 발명하여 사용하므로써 전자파의 유출로 인한 유해성이 없고, 작은 공간에 설치할 수 있어 실제 현장적용에 있어서 어려운 점이 없다.

마지막으로 상기와 같은 방법에 따라 건조한 후 100~300℃로 예열된 텐터내에서 횡연신하여 일정 두께의 폴리에스테르 필름을 제조한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같으며 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

폴리에스테르 칩을 300℃ 이상의 고온에서 용융압출한 후 내부에 냉각수가 순환되고 있는 캐스팅 드럼을 사용하여 상온으로 냉각시켜 무정형의 폴리에스테르 시이트를 제조하였다. 제조된 시이트를 상하 또는 횡으로 배치된 롤을 사용하여 시이트의 이동방향과 동일한 방향으로 4배 이상 연신헌 후 시이트 표면에 아크릴계 수지 3중량%와 순수를 97중량% 되도록 혼합하여 제조된 이접착 기능성 수지 수용액을 도포한 후 주파수 영역이 0.1~10GHz인 전자파를 조사시켜 건조하였다. 그 다음 100~300℃로 예열된 텐터내에서 상기 건조된 시이트를 횡연신하여 두께 100㎛인 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

[비교예]

상기 실시예에서와 동일한 방법으로 무정형의 폴리에스테르 시이트를 제조하고, 종연신한 후 기능성 수지 수용액을 도포한 다음, 텐터에서 250℃ 온도로 열풍을 가해 기능성 수지 수용액 도포층을 건조함과 동시에 횡연신하여 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

[실험예]

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 폴리에스테르 필름에 대하여 열수축, 두께, 강신도, 표면 및 조업성에 대하여 측정하여 그 결과를 다음 표에 나타내었다.

여기서, 열수축율은 제조된 폴리에스테르 필름의 양쪽 변부 두 부분과 중앙 부분을 가로 30cm×세로 30cm 되도록 절단하여 3개의 시료로 만든 후, 모두 필름의 횡방향으로 일정 길이의 선을 긋고 150℃ 오븐에서 30분간 방치한 후 시료의 선 길이를 재어 (줄어든 길이/원길이)의 백분율을 (중앙부분 시료의 값-변부 부분 시료의 값)으로 계산하여 그 절대값으로 나타내었다.

두께측정은 제조된 필름의 양쪽 변부 두 부분과 중앙 부분을 가로 30cm×세로 30cm 되도록 절단하여 3개의 시료로 만든 후, 각각의 시료를 2장씩 포개어 두께를 측정하고(ONO SOKKI사 ST-022 제품 사용), 그 값을 (중앙부분 시료의 값-변부부분 시료의 값)으로 계산하여 그 절대값으로 나타내었다.

강신도는 파단강도, 인장률(elongation) 및 F-5 값을 만능재료 시험기를 사용하여 ASTM D 882-91방법에 의거하여 측정하였다. 여기서 파단강도란 인장실험시 시료가 파열될 때의 강도를 말하고, 인장율은 시료가 파열될때까지 늘어난 정도를 말하며, F-5 값은 신도 5%에서의 인장강도를 말한다. 이때, 측정조건은 크로스헤드 속도는 500mm/분, 시료의 넓이는 15mm로 하고, 시료의 길이는 50mm로 하였으며, 중앙부분과 변부부분으로 나누어 3개씩의 시료를 취하여 실시하였다. 이와같은 방법으로 측정된 값을 (중앙부분 시료의 값-변부 부분 시료의 값)으로 계산하여 그 절대값으로 나타내었다.

기능성 수지 수용액이 도포된 폴리에스테르 필름의 표면의 관찰은 시료를 가로 2mm×세로 10mm로 절단한 후 슬라이드 글래스 위에 올려놓고, 0.1토르(torr)의 진공하에서 금으로 코팅하여 시료를 만든 후, 시료를 반사 현미경을 이용하여 200배로 확대하여 그 표면을 관찰하였다.

조업성은 5일동안 제막(除幕)하는 도중 발생되는 파단회수를 측정하여 나타내었다.

상기 표의 결과로부터 본 발명 제조방법에 따라 제조된 폴리에스테르 필름의 경우 두께가 균일하고 표면이 양호하며 물성 또한 전반적으로 균일할 뿐만 아니라 열에 의한 수축도 적고 파단회수가 적어 조업성이 우수함을 알 수 있다. 그러나, 종래 방법에 따라 제조된 폴리에스테르 필름은 두께도 불균일하고 표면 또한 불량하며 물성도 불균일하고 열에 의한 수축율이 클 뿐만 아니라 파단도 자주 발생하여 조업성이 떨어짐을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법은 폴리에스테르 시이트를 종연신한 후 그 표면에 이인쇄기능, 이접착기능, 히트실링기능, 대전방지기능, 기체투과도저하기능 또는 이형기능을 부여할 수 있는 기능성 수지 수용액을 도포한 후 소정의 주파수 영역을 갖는 전자파를 사용하여 도포층을 건조시킴으로써 균일한 연신을 수행하여 균일한 물성과 균일한 두께를 갖는 폴리에스테르 필름을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 제막 중 파단발생율이 적어 조업성을 향상시킬 수 있는 등 여러 가지 효과가 있다.

Claims (3)

1. 폴리에스테르 칩을 용융압출한 후 냉각시켜 무정형의 폴리에스테르 시이트를 제조하는 단계, 상기 시이트를 진행방향으로 종연신하고 그 표면에 기능성 수지 수용액을 도포하는 단계, 소정의 주파수 영역을 갖는 전자파를 조사하여 건조하는 단계, 및 횡연신하는 단계로 이루어진 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기능성 수지로는 아크릴계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리염화비닐계 수지 및 이들의 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 사용함을 특징으로 하는 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 전자파의 조사는 주파수 0.1~10GHz영역에서 수행되는 것임을 특징으로 하는 기능성을 부여한 폴리에스테르 필름의 제조방법.