KR100274180B1 - 포장재용 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포장재용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 60 중량% 이상이 에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 극한점도 0.4 내지 0.9dl/g의 폴리에스테르 수지에 0.05 내지 1.5 중량% 커플링제 및 폴리올레핀으로 피복된 Al₂O₃·2SiO₂조성의 클레이(clay)가 0.1 내지 5 중량% 첨가된 기재 필름층; 및 상기 기재 필름의 한쪽 또는 양쪽 표면상에 0.01 내지 0.1g/m²의 도포량으로 도포된 아크릴계 수지층을 포함하는 본 발명의 폴리에스테르 필름은 우수한 이활성 및 인쇄적성을 가져 포장재로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

포장재용 폴리에스테르 필름

본 발명은 포장재용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 구체적으로는 폴리에스테르 수지에 커플링제 및 폴리올레핀계 수지로 피복된 클레이(clay)를 첨가하고, 제조된 폴리에스테르 필름의 표면을 아크릴계 수지로 도포처리함으로써, 이활성 및 인쇄적성이 개선된 포장재용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

현재 포장소재의 시장은 점차 증가되는 추세에 있으며 이러한 성장은 당분간 지속될 전망이다. 포장소재에 사용되고 있는 필름으로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀이 가장 많으며 그 다음으로 폴리에스테르, 나일론 등이 사용되고 있다. 나일론 필름은 차폐성은 우수하나 가격이 비싸 일부 용도에만 국한되어 사용되고 있으며, 폴리올레핀은 가공이 용이하고 가격이 저렴하여 가장 널리 사용되고는 있으나 인쇄적성이 떨어지고 기계적 특성이 낮다는 단점이 있다. 폴리에스테르 중 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 필름은 화학 및 물리적으로 안정하고 기계적 강도가 높으며, 내열성, 내구성, 내약품성, 전기 절연성이 우수하여 의료용, 산업용, 자기기록 매체용, 콘덴서용, 포장용, 사진필름용, 라벨용은 물론 그외에 각종 성형가공품으로 폭넓게 사용된다.

높은 투명성과 표면 광택도를 지닌 폴리에스테르 필름은 여러 용도로 사용하기 위해 국내외에서 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 최근 들어 생산성의 중요성이 점차 대두되면서 이활성을 개선하기 위해 폴리에스테르 필름 위에 공중합체를 합성하는 방법과 무기물을 첨가하지 않은채 표면 처리하는 방법 등이 검토되고 있으나, 제조원가의 상승 및 정전인가성의 불량, 최대 생산속도의 한계 등으로 널리 사용되는데 어려움이 있어 폴리에스테르 필름의 우수한 특성을 살리면서 무기입자, 예를 들어, 실리카, 활석 등 다른 여러 가지 소립자 무기화합물을 첨가하는 방법이 제시되고 있다. 일본 공개특허공보 소61-788299에서는 운모를, 일본 공개특허공보 소52-49292, 소61-85435에서는 산화마그네슘을, 알칼리 금속 화합물과 혼용함으로써 투명성을 개선하고자 한 바 있으나 이러한 기술을 적용할 시 무기화합물 특성에 의한 응집현상으로 표면돌기가 발생할 우려가 있으며 필름 연신시 보이드 발생율의 상승으로 내환경성 및 투과성이 저하될 가능성이 높고, 특히 기계적 강도가 현저히 떨어진다는 문제점이 있다. 또한 일본 공개특허공보 소54-101851, 소 54-69160 및 소60-49047에서는 장석을 이용하는 기술이 제안된 바 있으나 이는 성형품에 적용된 기술로서 필름에 적용하기에는 응집현상 등 많은 기술적인 문제점을 내포하고 있다.

이에 본 발명자들은 이러한 단점을 보완하고 이활성과 인쇄적성을 개선하기 위하여 연구를 계속한 결과, 60 중량% 이상이 에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 폴리에스테르 수지에 굴절율이 1.5 내지 1.7이고 600℃ 이상의 고온에서 가소화시켜 무정형 Al₂O₃·2SiO₂의 화학조성을 갖는 클레이(clay)를 커플링제로 피복시킨 다음, 폴리올레핀으로 피복시켜 첨가하고, 필름 표면에 아크릴계 폴리머를 주원료로 하는 현탁액을 도포함으로써 상기 문제점을 해결할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 이활성 및 인쇄적성이 개선된 포장재용 폴리에스테르 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 60 중량% 이상이 에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 극한점도 0.4 내지 0.9dl/g의 폴리에스테르 수지에 0.05 내지 1.5 중량% 커플링제 및 폴리올레핀으로 피복된 Al₂O₃·2SiO₂조성의 클레이(clay)가 0.1 내지 5 중량% 첨가된 기재 필름층; 및 상기 기재 필름의 한쪽 또는 양쪽 표면상에 0.01 내지 0.1g/m²의 도포량으로 도포된 아크릴계 수지층을 포함하는 포장재용 폴리에스테르 필름을 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 필름은 폴리에스테르계 수지를 기재 수지로 한다. 본 발명의 폴리에스테르는 방향족 디카복실산을 주성분으로 하는 산 성분과 알킬렌 글리콜을 주성분으로 하는 글리콜 성분을 중축합한 것이다. 방향족 디카복실산의 구체적인 예로는 디메틸테레프탈레이트, 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카복실산, 사이클로헥산디카복실산, 디페녹시에탄디카복실산, 디페닐디카복실산, 디페닐에테르디카복실산, 안트라센디카복실산 및 α,β-비스(2-클로로페녹시)에탄-4,4'-디카복실산 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 특히 디메틸테레프탈레이트 및 테레프탈산이 바람직하다. 알킬렌 글리콜의 구체적인 예로는 에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 펜타메틸렌 글리콜, 헥사메틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 특히 에틸렌 글리콜이 바람직하다. 본 발명의 폴리에스테르는 60 중량% 이상이 에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 호모폴리에스테르이고, 40 중량% 이내에서는 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, p-크실렌 글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올 및 5-나트륨 술포레졸신 등의 디올 화합물; 아디프산 및 5-나트륨 술포이소프탈산 등의 디카복실산; 및 트리멜리트산 및 피로멜리트산 등의 다관능 디카복실산 등의 공중합 성분과 공중합할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 폴리에스테르는 0.4 내지 0.9dl/g, 바람직하게는 0.5 내지 0.8dl/g의 극한점도(35℃에서 오르토-클로로페놀 25㎖ 당 0.3g의 농도로 측정)를 갖는다. 극한점도가 0.4dl/g 미만인 경우에는 연신중 파단이 빈번하여 생산성이 크게 저하될 뿐 아니라, 최종 필름의 기계적 강도 등의 물성 저하가 일어나 바람직하지 않다. 또한 극한점도가 0.9dl/g을 초과하는 경우에는 용융 점도가 매우 상승하므로 압출 불안정 등 제조공정 상의 어려움으로 후공정에서의 생산성이 크게 떨어진다.

본 발명에서 사용되는 무기활제인 클레이는 600℃ 이상의 고온에서 가소화된, 무정형의 Al₂O₃·2SiO₂의 화학조성을 가지며, 굴절율이 1.5 내지 1.7 이고, 평균 입자경이 0.1 내지 10 ㎛인 클레이를 선택하여 사용한다. 클레이를 600℃ 이상의 고온에서 가성시키지 않으면 Al₂Si₂O₄(CH)₄구조로 존재하기 때문에 응집현상을 유발할 가능성이 있고, 평균입경이 0.1 ㎛ 보다 작으면 이활성 개선 효과를 기대할 수 없으며, 10㎛를 초과하면 생산성이 떨어지고 필름의 투명성이 저하된다.

본 발명에 따르면, 폴리에스테르 필름의 이활성 및 인쇄적성을 개선하기 위해 클레이 입자에 폴리올레핀계 수지를 피복하는데, 이 때 폴리올레핀 수지의 피복효과를 높이기 위해 미리 커플링제를 사용하여 클레이를 피복처리한다.

본 발명에서 폴리올레핀 피복용 커플링제로는 티탄에이트계, 실란계, 지르코네이트계가 있으며, 이 중 티탄에이트계는 저가이고 광범위하게 사용할 수 있다. 또한 필름의 색상이 중요한 경우는 지르코네이트제를 사용하는 것이 바람직하다. 커플링제의 첨가량은 클레이의 중량을 기준으로하여 0.05 내지 1.5 중량%이고, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%이다. 첨가량이 0.05 중량% 미만이면 커플링제의 효과가 없어 폴리올레핀 수지의 피복효과가 좋지 못하여 분산 효과를 얻을 수 없으며, 1.5 중량%를 초과하는 경우 필름 연신시 필름과 무기입자간의 보이드가 현저하게 발생되는 단점이 있다.

무기입자를 커플링제로 표면처리하는 방법은 메탄올로서 커플링제의 희석용액을 만든 후 이중에 무기입자를 침적시키는 방법과 일정한 통 안에 무기입자를 비산시킨 후 커플링제 희석 용액을 불어넣는 방법 등이 있지만 이에 한정된 것은 아니다.

상기의 방법으로 커플링제-표면처리된 클레이 입자를 폴리올레핀 희석용액에 침적시키는 등의 방법으로 본 발명에 따른 올레핀 피복 입자를 만든다. 입자의 피복에 사용하는 폴리올레핀 수지는 폴리에스테르와 혼합하여 필름을 형성할 수 있는 것이라면 어느 것이나 사용가능하며, 이로서는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리메틸펜텐 등을 들 수 있다. 그러나 반드시 호모폴리머에 한정되는 것은 아니며 이들의 코폴리머도 사용할 수 있다. 이 중 임계 표면장력이 작은 폴리올레핀계가 바람직하며, 특히, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐이 바람직하다. 폴리올레핀 수지의 첨가량은 클레이 중량을 기준으로하여 0.05 내지 1.5 중량%가 바람직한데, 0.05 중량% 미만으로 첨가되면 무기입자의 피복효과가 불량해지고, 1.5 중량%를 초과하여 첨가하면 필름의 열 및 치수 안정성이 불량해진다.

이렇게하여 제조된 본 발명의 폴리올레핀 피복 클레이 입자는 폴리에스테르 수지에 대하여 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.07 내지 2 중량%의 양으로 첨가해서 폴리에스테르 칩을 만든 다음, 제막공정을 통하여 필름을 만든다. 클레이 입자는 그대로 투입하는 경우 분산이 어려우므로 클레이 입자를, 필요에 따라서는 이산화티타늄 비드를 70:30의 중량 비율로 혼합하고 에틸렌글리콜로 슬러리화한 후 일정시간(15 내지 30 분) 동안 밀링함으로써 입경조절하여 투입하는 것이 바람직하며, 이 때 순수한 물을 사용해도 무방하다.

상기 폴리올레핀 피복 클레이 입자의 첨가량이 0.1 중량% 미만인 경우는 원하는 표면 이활효과를 얻기 힘들며, 5 중량%를 초과하면 제막 연신성 및 필름 표면에 돌기로 존재할 가능성이 있을 뿐 아니라 필터압이 상승되어 필터를 자주 교환해야 하는 등의 문제가 발생하여 바람직하지 않다. 폴리올레핀 피복 입자의 첨가 시기는 폴리에스테르 수지의 중합직후나 용융압출 시 어느 경우에도 가능하며, 필름 제조 방법은 공지된 기술, 즉 블론(blown) 방식이나 텐터(tenter) 방식이 모두 가능하며 텐더 방식에서는 축차연신과 동시연신 방법을 모두 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 피복 입자는, 필요에 따라서는 통상의 기타 첨가제와 함께, 최종필름에서의 필요농도 만큼 에틸렌글리콜로 슬러리화하여 에스테르 교환반응 또는 중축합반응 중에 투입할 수 있다.

본 발명의 폴리올레핀 피복 클레이 입자는 입자를 커플링제로 미리 표면처리하였으므로 다량 첨가할 경우에도 다이 라인(die line)이 생기지 않고 필름의 제막성이 우수하기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있으며 필름의 표면에서 입자의 탈락현상이 발생하지 않을 뿐만 아니라 입자의 분산이 균일하게 되기 때문에 필름에 얼룩이 생기지 않는다.

본 발명에서는 필름의 인쇄적성을 개선하기 위하여, 필름의 최소한 한쪽 단면을 아크릴계 수지를 포함하는 수성 에멀젼으로 도포한다. 이 도포액의 용매로는 물 또는 물/알콜을 혼합용매로 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 아크릴계 수지로는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소-부틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트, 아크릴아마이드, 글리시딜메타크릴레이트, 스티렌, 비닐아세테이트 또는 그 유도체 등으로 구성된 군으로부터 선택된 단량체를 유화중합하여 얻을 수 있는데, 이들중에서 경도가 우수하고 입자의 분산성 및 수지와의 접착력이 우수한, 작용기를 함유한 아크릴산, 메타크릴산, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트, 아크릴아마이드, 글리시딜메타크릴레이트 등을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서 사용되는 아크릴계 수지의 평균분자량은 10,000 내지 300,000 g/몰이 바람직하고, 20,000 내지 200,000g/몰이 더욱 바람직하다. 평균분자량이 10,000g/몰 미만이면 너무 딱딱해서 필름 표면의 경도를 지나치게 높게 만들어 인쇄적성이 낮아지며, 300,000g/몰을 초과하면 마찰력이 커져서 이활성이 떨어진다. 상기 아크릴계 수지는 10 내지 50 중량% 수용액 형태로 도포될 수 있으며, 농도가 10 중량%보다 낮으면 코팅층을 두껍게 해야 하는 문제가 생기고, 50 중량%보다 높으면 필름간 블록킹 현상이 발생한다. 도포량은 필름표면에 수지 고형물이 0.01 내지 0.1 g/㎡이 존재하도록 도포하는 것이 바람직하며, 0.01 g/㎡ 미만이 되면 잉크적성이 떨어지고, 0.1 g/㎡를 초과하면 장시간 건조가 요구되어 장치설비가 많이 들고 생산성도 떨어지며, 필름의 후공정에서도 작업성에 영향을 미친다.

본 발명에 따르면, 상기 도포액은 롤 코팅, 나이프 코팅, 압출 코팅, 스프레이 코팅, 커튼 코팅, 메이어 바 코팅 등 공지된 코팅방식에 의해 폴리에스테르 기재 필름의 표면상에 도포할 수 있으며, 특히 롤 방식이 공정성이나 작업성면에서 가장 바람직하다.

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 다음과 같은 방법으로 실시하였다.

(1) 마찰계수

세이사쿠쇼사(일본)의 표면성 시험기(모델명: 2227001)를 이용하여 하중 1.0kg 및 속도 150mm/분의 조건에서 측정하였다.

(2) 인쇄적성

물 27 중량%, n-부탄올 10 중량%, 메틸셀로솔브 25 중량%, 메틸에틸케톤 10 중량%, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 25 중량% 및 로다민비(염료) 3 중량%로 구성된 유성타입의 평가용 락카를 도포용 필름상에 와이어바 #18로 도포하여 건조기내에서 90℃×1분간 충분히 건조시킨 후, 크로스컷터를 사용하여 표면에 100개의 눈금을 그은후 접착테이프를 붙여 박리시킨다. 이때 100개의 눈금중 박리되지 않은 잔여 눈금갯수를 기준으로 평가하였다. 눈금갯수가 많을수록 인쇄(잉크)적성이 좋은 것으로 평가하였다.

100: 전혀 박리되지 않음(우수)

0 : 전부 박리됨(불량)

(3) 생산성

제막의 연신 상태로부터 다음과 같이 평가하였다.

○ : 파단이 전혀 발생하지 않고 연신 얼룩이 없는 균질의 필름을 얻는 경우

△ : 약간의 파단이 있고 연신 얼룩이 없는 균질의 필름을 얻을 수 있는 경우

× : 파단이 많이 발생하고 연신한 경우에도 연신 얼룩이 있는 경우

실 시 예 1

평균입경 1.5㎛의 Al₂O₃·2SiO₂조성을 가진 클레이를 클레이 중량을 기준으로하여 0.07%의 티탄에이트계 커플링제로 피복한 다음, 1.3 중량%의 폴리메틸펜텐으로 피복하였다. 이어 폴리에틸렌테레프탈레이트 단량체에 상기 피복된 클레이를 0.5 중량% 첨가한 후 중축합하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지의 칩을 만들고 180℃에서 3 시간 동안 진공 건조시킨 후, 280℃로 미리 가열된 압출기에서 다이를 통해 압출시킨 후, 표면온도 15℃의 냉각드럼 상에서 냉각고화하여 미연신 시트로 만든 다음, 90℃에서 3 분간 예열 한 후 10mm/초의 속도로 1축 연신하였다.

이어서, 이소프로필렌알콜 15 중량% 및 물 75 중량%로 구성된 수용액에 스티렌 메타크릴레이트 15 중량%를 첨가하여 용해시킨 도포액을 사용하여 필름표면을 리버스 롤(reverse roll) 도포방식으로 도포 및 건조하여 0.05 g/㎡의 고형유효 성분이 존재하도록 한 다음, 상기와 동일온도 및 동일 연신속도로 90。 반대방향으로 3배 연신하여 20㎛ 두께의 이축 연신 PET 필름을 얻었다. 최종적으로 제조된 필름의 성능 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 5

제조조건들을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시키면서, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 필름을 제조하였다. 필름의 성능 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	생산조건	도포	필름 물성
	무기입자	입경	첨가량	커플링제	아크릴수지*	고형물	마찰계수	인쇄적성	생산성
	-	㎛	중량%	중량%	중량%	g/m2	-	-	-
실시예	1	클레이	1.5	0.5	0.07	15	0.05	0.23	100	○
	2	클레이	2.3	0.7	1.3	20	0.07	0.21	100	○
	3	클레이	0.6	1.6	0.5	16	0.05	0.23	100	○
	4	클레이	3.2	3.2	0.55	23	0.08	0.20	100	○
	5	클레이	6.1	0.2	0.9	32	0.10	0.16	100	○
비교예	1	클레이	0.1	12	0.1	14	0.04	0.20	100	△
	2	클레이	1.6	0.6	1.9	56	0.6	0.67	72	×
	3	클레이	1.1	0.9	0.6	39	0.13	0.32	90	△
	4	실리카	0.6	1.2	0	15	0.04	0.39	85	○
	5	클레이	0.7	2.1	0	0	0	0.22	61	×
* 스티렌 메타크릴레이트

본 발명에 따른 폴리에스테르 필름은, 상기 표 1에서 알 수 있듯이 우수한 생산성을 가지며, 0.23의 이하의 마찰계수를 가져 이활성 및 유연성이 우수하고 인쇄적성 또한 우수하여 포장재로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

1. 60 중량% 이상이 에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 극한점도 0.4 내지 0.9dl/g의 폴리에스테르 수지에 0.05 내지 1.5 중량% 커플링제 및 폴리올레핀으로 피복된 Al₂O₃·2SiO₂조성의 클레이(clay)가 0.1 내지 5 중량% 첨가된 기재 필름층; 및 상기 기재 필름의 한쪽 또는 양쪽 표면상에 0.01 내지 0.1g/m²의 도포량으로 도포된 아크릴계 수지층을 포함하는 포장재용 폴리에스테르 필름.
2. 제 1 항에 있어서,

   클레이의 굴절율이 1.5 내지 1.7이고 평균입경이 0.1 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.
3. 제 1 항에 있어서,

   커플링제가 티탄에이트계, 실란계 또는 지르코네이트계인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.
4. 제 1 항에 있어서,

   아크릴계 수지의 평균분자량이 10,000 내지 300,000g/몰이고, 유리전이온도가 30 내지 100℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.