KR100252825B1 - 포장재용 폴리프로필렌 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리프로필렌 필름에 있어서, 용융지수가 1 내지 20(g/10분)이고 용융점이 140 내지 180℃인 폴리프로필렌 수지에 폴리프로필렌 필름의 중량을 기준으로하여 폴리프로필렌/에틸렌/부틸렌 공중합체 1 내지 10 중량%, 평균입경 0.01 내지 0.1㎛ 미만인 무기입자(A) 0.1 내지 0.5 중량% 및 평균입경 0.1 내지 1㎛인 무기입자(B) 0.01 내지 0.1 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 필름을 제공하는 것으로, 본 발명의 폴리프로필렌 필름은 저온 접착성과 고온 이활성이 우수하다.

Description

[발명의 명칭]

포장재용 폴리프로필렌 필름

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 저온 접착성과 고온 이활성이 향상된 폴리프로필렌 필름에 관한 것으로, 구체적으로는 프로필렌 수지에 에틸렌/부틸렌/프로필렌 공중합체와 특정의 입경을 갖는 무기입자 2종류를 특정량 포함시키므로써 저온에서의 접착성과 고온에서의 이활성이 향상된 폴리프로필렌 필름에 관한 것이다.

오늘날, 산업적으로 다양한 소재 및 기재로 사용하는 플라스틱 필름은 폴리프로필렌을 비롯하여 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등이 가장 널리 범용적으로 사용되고 있으며, 특히 포장용에 있어 폴리프로필렌 필름은 가격이 저렴하고 인쇄증착, 합지 등 다양한 포장재 적용이 가능할 뿐 아니라 무색 무취하며, 환경친유성도 우수하여 널리 사용되고 있다. 그러나 연신된 폴리프로필렌 필름은 표면 결정화도가 높고 결정크기가 커짐에 따라 필름간의 접착개시온도가 높아 접착을 위한 저분자 수지로 코팅을 해 주거나 접착제로 일차 가공을 해야 하는 등 전처리 공정이 요구되고 있다.

이러한 요구를 만족시켜 주기 위한 공지의 선행기술로는 일본 공개특허 소52-109580, 소52-125586, 소53-86780, 평7-166024, 평8-11271 등에서는 에틸렌 공중합체를 섞어 사용함으로써 접착능력을 개선하였으며, 소49-89775에서는 신디오탁틱 폴리프로필렌을 사용한 바 있다. 또한 평7-166006에서는 비닐 방향족 화합물을 첨가하여 접착온도를 낮춘 효과를 보여준 바 있다. 그러나 단순한 에틸렌 공중합체를 첨가사용하는 경우 저온 접착성의 개선에 한계가 있을 뿐 아니라 연신상태의 불량으로 치수 안정성이 떨어진다. 또한 신디오탁틱 폴리프로필렌을 사용하는 경우 접착효과를 높일 수는 있으나 아직 산업적으로 다량 생산이 어려워 공급 가격이 고가이며 프로필렌 수지와의 균일한 혼련이 어려워 혼련을 위한 추가의 공정이 요구된다. 한편 비닐 방향족 화합물을 사용하는 경우 필름간 블록킹 현상이 심해 권취 작업이 어렵고 필름의 신도(늘어남 현상)이 커지는 문제점이 발생한다. 또한 이런 제품들은 공통적으로 고속 고온에서 작업하는 경우 바닥에 붙는 현상이 있어 생산성에 제한을 주고 있다.

이에 본 발명자들은 상기 복합적인 문제점들을 해결하고, 저온 접착성 및 고온 이활성이 개선된 폴리프로필렌 필름을 개발하기 위해 연구를 계속 진행한 결과, 폴리프로필렌 수지에 에틸렌/부틸렌/프로필렌 공중합체 및 특정 입경의 무기입자를 첨가함으로써 상기 문제점을 해결할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명의 목적은 필름의 저온 접착성과 고온 이활성이 개선된 폴리프로필렌 필름을 제공하는 것이다.

[발명의 구성 및 작용]

상기 목적에 따라, 본 발명에서는 폴리프로필렌 필름에 있어서, 용융지수가 1 내지 20(g/10분)이고 용융점이 140 내지 180℃인 폴리프로필렌 수지에 폴리프로필렌 필름의 중량을 기준으로하여 폴리프로필렌/에틸렌/부틸렌 공중합체 1 내지 10 중량%, 평균입경 0.01 내지 0.1㎛ 미만인 무기입자(A) 0.1 내지 0.5 중량% 및 평균입경 0.1 내지 1㎛인 무기입자(B) 0.01 내지 0.1 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 필름을 제공한다.

이하, 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다.

통상적으로, 폴리프로필렌은 범용되는 플라스틱중 밀도가 0.90 내지 0.92g/cm³으로서 가장 가볍고 투명하며 내열강도, 전기절연성, 내약품성 및 내굴곡성이 우수할 뿐만 아니라 무해, 무독하여 작업성이 매우 우수하나 내한 충격강도가 약한 결점이 있다. 최근에는 이런 결점을 보완하기 위하여 에틸렌 및 기타 올레핀계의 단량체를 공중합시키고 있으며, 이 저분자 공중합체의 유무와 구조에 따라 단독 중합체, 랜덤 공중합체 및 임팩트 공중합체로 크게 분류된다. 단독 중합체는 결정성 및 용융점이 높고 강성이 좋으며, 랜덤 공중합체는 투명도는 좋으나 결정성, 용융점 및 강성이 낮고, 임팩트 공중합체는 내충격성이 특히 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. 본 발명에서는 어느 종류의 것을 사용하여도 무방하며 사용목적에 따라 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 그러나, 연신된 필름의 물성 및 요구수준을 만족하기 위하여 용융지수가 1 내지 20g/10분이고 용융점이 140 내지 180℃인 프로필렌 공중합체 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 필름에 사용되는 에틸렌/부틸렌/프로필렌 공중합체는 접착성이 우수한 부틸렌 단량체의 특성과 혼련성이 우수한 에틸렌 단량체의 특성을 적절히 응용한 것으로 에틸렌 단량체와 부틸렌 및 프로필렌 단량체의 몰비를 1 내지 10 : 1 내지 10 : 80 내지 98 범위내에서 공중합하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 중합반응의 세 개의 단량체를 투입하여 공중합하는 것이 필요하나 컴파운딩에 의한 용융혼련을 통해서도 어느 정도의 효과를 기대할 수는 있다. 지나치게 부틸렌의 함량이 많은 경우 접착효과는 상당히 개선되나 필름간의 블록킹 현상이 심해 권취가 어렵고 또 필름 표면에 얼룩무늬가 부분적으로 발생하는 문제가 있다. 또한 반대로 부틸렌의 함량이 너무 적으면 본 발명의 효과를 기대할 수 없다. 이렇게 공중합된 공중합체는 폴리프로필렌 필름 중량 대비 1 내지 10 중량%의 양으로 폴리프로필렌 수지와 혼합한다. 에틸렌/부틸렌/프로필렌 공중합체 10 중량% 초과의 양으로 첨가되면 연신공정에서 파단이 발생하여 권취가 어려우며, 1 중량% 미만의 양으로 첨가되면 본 발명의 효과를 얻을 수 없다.

폴리올레핀은 특성상 타소재에 비해 열접착성은 우수하나 고온 조건하에 작업을 하거나 고속으로 운전하는 경우 미시적으로 필름표면이 녹는 현상이 발생하여 그 결과 주행성이 악화된다. 이런 현상을 방지하기 위하여 필름 표면에 무기 미립자를 사용하는 것이 좋다. 그러나 지나치게 큰 입자를 사용하는 경우 필름의 투명성을 해치는 경우가 있어 본 발명에서는 평균입경 0.01 내지 0.1㎛ 미만의 비교적 작은 무기입자(A)와 평균입경 0.1 내지 1㎛의 비교적 큰 무기입자(B)를 동시에 첨가한다. 이 때 사용하는 미립자는 일정수준의 투명성과 경도를 유지해야 하며, 그예로서는 실리카, 탄산칼슘 및 알루미나 중에서 적어도 하나 선택하는 것이 바람직하다. 평균입경 0.01㎛ 미만의 입자는 분산성이 불량하여 사용이 어려우며, 1㎛ 이상의 입자는 표면에 돌기를 유발시키며 필름 광택을 저하시킨다. 또한 0.01 내지 0.1㎛ 미만의 입경을 갖는 작은 무기입자를 사용하는 경우 고온 주행성을 개선하기 위해 지나치게 많은 첨가량이 요구되어 필름의 기계적 특성이 저하되며, 또한 0.1 내지 1㎛의 입경을 갖는 큰 무기 입자를 사용하는 경우 광택도가 저하된다.

따라서, 본 발명에서는 작은 무기입자(A)는 0.1 내지 0.5 중량%, 큰 무기입자(B)는 0.01 내지 0.1 중량% 첨가한다. 무기입자(A)를 0.1 중량% 미만의 양으로 사용하면 본 발명의 효과를 볼 수 없으며 0.5 중량% 초과의 양으로 사용하면 지나치게 표면 조도가 높아져 광택이 떨어지며, 무기입자(B)를 0.01 중량% 미만의 양으로 사용하면 고온에서의 이활성을 개선할 수 없으며, 0.1 중량% 초과의 양으로 사용하면 표면 외관이 불량해 진다.

또한 본 발명의 목적을 만족시키기 위해서 사용되는 무기미립자의 형상은 어떠한 것도 사용가능하나, 특히 구형인 것이 더욱 바람직하다. 게다가 용도에 따라 두 종 이상의 무기미립자를 적절히 혼합하면 더욱 큰 효과를 얻을 수 있다.

상기의 폴리프로필렌 수지중에는 공지의 첨가제들, 예를 들면 대전방지제, 슬립제, 산화방지제, 자외선 안정제 등을 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위내에서 첨가할 수 있다.

본 발명에 있어서, 가열용융에서 열고정까지의 단계별 공정 조작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명은 목적에 따라 수지를 통상적인 방법으로 압출성형하여 시트를 만든다. 성형 소재의 가열용융은 압출성형기로 소정형상으로 성형하는 것이 일반적이지만, 성형소재를 가열 용융하지 않고 연화한 상태로 성형해도 무방하다. 이 때 사용되는 압출 성형기는 일축 압축성형기, 이축 동방향 또는 이방향 압출 성형기 중 어느 것을 사용해도 가능하며, 통기구멍을 설치하지 않아도 무방하나 물성의균일성을 위해 일측 직렬 랜덤형이 더욱 바람직하다. 또한, 용융된 수지는 바람직하게는 100메쉬 이상, 더욱 바람직하게는 400메쉬 이상의 필터를 거치게 함으로써 혼련 및 이물 제거의 효과를 동시에 얻을 수 있다. 메쉬 필터는 내압성이나 강도를 고려하여 적합한 필터를 선택하는 것이 좋으며, 메시의 형상은 평판형 또는 원통형 등 적합한 필터를 선정하여 사용할 수 있다. 여기서, 압출 조건은 특별히 제한되지 않고 각 상황에 따라 선택사용이 가능하며, 바람직하게는 온도를 수지의 융점부터 분해온도보다 50℃ 정도 높은 온도, 200 내지 250℃ 범위의 온도가 적당하다. 융점보다 낮은 온도에서는 용융이 불가능하며, 분해온도보다 50℃ 이상 높으면 분해현상이 현저해져 황화현상이 발생하고 압출기내에서 열화, 발포 등을 초래한다. 사용가능한 다이로는 티-다이(T-die), 원고리대 등이 있다.

그 다음 단계로 압출성형으로 얻어진 시트를 냉각고화시킨다. 이 때에는 일반적으로 기체나 액체 등의 냉매를 이용한 금속 롤을 사용하여 시트의 두께를 균일하게 하거나 표면 특성을 개선시킬 수 있다. 본 발명에 따르면 냉각 온도는 20 내지 60℃ 범위내에서 이루어지고, 냉각속도는 3 내지 200℃/초의 범위내에서 결정한다. 20℃ 미만에서는 냉각속도가 필요이상으로 빨라지고 시트의 강성이 순간적으로 증가하기 때문에, 고화도중 용융물이 물결쳐서 안정된 성형이 될 수 없고, 60℃를 초과하면 고화된 성형물의 결정화도가 증가하여 연식적성이 떨어지게 된다. 냉각고화의 조건으로는 비교적 배향이 적은 상태로 성형하는 것이 바람직하며, 이와 같은 조건하에서 얻은 시트의 밀도는 1.07g/cm³이하로 하고, 결정화도는 5 내지 30% 정도로 하는 것이 연신에 가장 적합하다.

본 발명에서는 냉각 고화된 시트를 적어도 일축으로 동시 또는 축차 연신시키는 방법이 모두 사용가능하나, 두께의 균일도를 높이기 위해서는 축차연신이 더욱 바람직하다. 특히 다단연신을 하면 보다 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있다.

종방향의 연신, 즉 연속필름 성형 라인 방향으로의 일축 연신을 하는 경우 시트 표면 가열이 필요하며, 연신온도는 특별히 제한은 없으나 시트의 유리전이 온도에서 냉결정화 온도 범위가 바람직하다. 연신온도가 유리전이 온도 미만에서는 연화가 충분하지 않기 때문에 연신이 불량해지며 냉결정화 온도를 초과하면 결정화가 지나치게 진행되어 균일한 기계적 물성을 얻을 수 없다. 롤의 속도차를 이용하는 일축연신은 종연신 방법중 가장 일반적으로 사용되는 방법으로 생산성이 우수해서 널리 사용되고 있다. 여기에서는 최저 2개의 닙롤 사이 및 가이드롤로 고정되어 주행하는 필름을 닙롤의 앞공정 또는 롤 자체에서 가열하면서 2대의 닙롤의 속도차를 이용하여 종방향 연신이 이루어진다. 연신배율은 특별히 제한은 없지만 2 내지 5배의 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 연신비가 2배 미만이 되면 연신효과를 얻을 수 없고 5배를 초과하면 횡방향 연신이 어렵다.

종방향으로 1차 연산된 필름을 다시 횡방향, 즉 필름 연속 방향의 90°의 방향으로 연신한다. 연신은 통상적인 방법 뿐만 아니라 다른 방법으로 하여도 좋으며 특별한 제한은 없다. 그중에서도 텐터 횡연신은 가장 일반적으로 하는 방법이며, 주행중의 필름 양끝을 연속적으로 주행하는 클립 등으로 고정하고 그 고정상태를 적당한 온도 분위기내에서 양끝의 클립 사이의 거리를 점차 넓혀감으로써 횡방향 연신이 이루어진다. 이 때의 온도는 일정온도로 선택하여 사용해도 무방하나 일반적으로 유리 전이 온도보다 5℃ 이상이 높은 온도, 융점보다 30℃ 낮은 온도 범위내에서 행한다. 연신온도가 너무 낮으면 연화가 불충분하여 연신이 어려워지며 반대로 너무 높으면 표면이 일부 용해되어 균일한 두께를 얻을 수 없다. 횡연신의 비는 특별한 제한은 없으나 일반적으로 3 내지 10배의 범위가 좋다. 연신배율이 3배 미만일 경우, 횡방향 기계적 강도가 충분하지 않고 반대로 10배를 초과하면 파단이 일어날 가능성이 많다. 연신 속도는 통상적으로 1×10 내지 1×10⁵%/분이다.

이와 같은 조건으로 연신하여 얻어진 연신필름에 치수 안정성, 내열성, 강도 균일성이 요구되는 경우에는 일정한 고온 상태에서 열고정을 시키는 것이 바람직하다. 열고정은 통상적으로 하는 방법이지만 연신필름의 인장상태, 이완 상태 또는 제한 수축 상태하에서 필름의 융점보다 100℃ 정도 낮은 온도에서 0.5 내지 120 초동안 하는 것이 가장 좋다. 또한 이 열고정은 상기 범위내에서 조건을 변경하여 2회 이상 해도 가능하며 분위기는 일반 공기뿐만 아니라 아르곤가스나 질소가스 또는 이들의 혼합가스하에서 진행하여도 무방하다. 이러한 열고정 단계를 거치지 않으면 특히 유리전이 온도 부근에서 변형하기 쉬우며 후가공이나 고객의 사용시 제한이 될 수 있다. 필름에 가장 적합한 열고정 온도는 분위기내를 통과하는 필름의 속도, 즉 처리시간에 따라 결정하여야 한다. 처리시간은 각종 조건에 따라 결정되나 통상적으로는 3분 이하로 하는 것이 좋다. 열처리 시간이 길면 성형중 필름이 늘어나는 등 변형이 나타난다. 결정화도가 50% 이하가 되면 비연신 부분이 상존하는 관계로 기계적 특성이 떨어지며 90% 이상이 되면 지나치게 결정이 이루어져 접착특성이 불량해 진다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않으며, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 필름의 각종 성능 평가는 다음의 방법으로 실시하였다.

(1) 헤이즈

가드너네오텍사(미국)의 헤이즈미터로 측정하여 C-광원을 사용하여 산란광(투과광+산란광)의 비율로 측정하였다.

(2) 광택도

가드너네오텍사(미국)의 광택도측정기(모델명: GC-4010)을 이용하여 측정하였다(기준명: 흑색경, 측정각도: 60도).

(3) 마찰계수

헤이돈사(Heidon사, 일본)의 표면성 시험기(모델명: Heidon-14)를 이용하여 하중 135℃의 온도하에서 하중 205g 및 속도 150mm/분의 조건으로 금속마찰판과의 마찰계수를 측정하였다.

(4) 접착온도평가

토요세이키(TOYO SEIKI, 일본)의 열경사시험기(모델명: HG-100)를 이용하여 3kg/cm²의 압력으로 2초 동안 봉합시킨 후 일정 봉합강도를 갖는 온도를 초기 봉합 온도로 정하였다.

[실시예 1]

용융지수 2(g/10분)이고 용융점이 160℃인 호모 폴리프로필렌 수지에 최종 필름의 중량을 기준으로하여 3:5:92의 비율로 공중합된 에틸렌/부틸렌/프로필렌 공중합체 2 중량%, 입경 0.08㎛인 실리카 0.3 중량% 및 입경 0.3㎛인 실리카 0.04 중량%를 첨가하여 혼합하였다. 혼합된 수지를 245℃ 압출온도 조건하에서 스크류(screw) 120 rpm, 시간당 270kg의 속도로 토출한 후 30℃의 캐스팅 롤(냉각롤)에서 급냉하여 투명한 시트를 만들었다. 급냉된 시트를 150℃에서 종방향으로 3배 일축 연신한 후 다시 160℃에서 횡방향으로 7배 연신 후 200℃에서 열고정시켰다. 최종적으로 제조된 20㎛ 두께의 필름의 성능평가한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 2 내지 5]

폴리프로필렌 필름의 제조에 있어서, 제조조건들을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 범위내에서 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 필름을 제조하였다. 필름의 성능 평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

[비교예 1 내지 7]

폴리플로필렌 필름의 제조에 있어서, 제조조건들을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 범위에서 벗어나도록 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 필름을 제조하였다. 필름의 성능 평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

[발명의 효과]

본 발명에 따른 폴리프로필렌 필름은, 상기 표 1에서 보듯이 필름의 저온에서의 접착성과 고온에서의 이활성이 향상되었음을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 폴리프로필렌 필름에 있어서, 용융지수가 1 내지 20(g/10분)이고 용융점이 140 내지 180℃인 폴리프로필렌 수지에 폴리프로필렌 필름의 중량을 기준으로하여 폴리프로필렌/에틸렌/부틸렌 공중합체 1 내지 10 중량%, 평균입경 0.01 내지 0.1㎛ 미만인 무기입자(A) 0.1 내지 0.5 중량% 및 평균입경 0.1 내지 1㎛인 무기입자(B) 0.01 내지 0.1 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 에틸렌/부틸렌/프로필렌 공중합체가 에틸렌:부틸렌:프로필렌의 몰비가 1~10 : 1~10 : 80~98의 범위인 것을 특징으로 하는 필름.
3. 제1항에 있어서, 상기 무기입자(A) 또는 (B)가 실리카, 탄산칼슘 및 알루미나로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 필름.