KR100294904B1 - 폴리아미드필름및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 80 중량% 이상이 나일론6으로 구성된 일축 또는 이축연신한 폴리아미드필름을 180℃∼ (필름의 용융온도 -5℃)의 범위로 가열된 열처리롤(heat roll) 또는 열처리벨트(heat belt)에 접촉시켜 열처리함을 특징으로 하는 폴리아미드 필름의 제조방법 및 상기 방법으로 제조하여 100℃물에서의 열수수축율이 필름면의 전방향으로 6% 이하이고 열수수축율이 비등방성 H(%)이 33% 이하인 폴리아미드 필름에 관한 것으로, 본 발명의 필름은 열수수축율이 균일하고 형태안정성과 인쇄적성이 우수한 등의 장점이 있다.

Description

폴리아미드 필름 및 그 제조방법

본 발명은 폴리아미드 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는지방족 폴리아미드를 주성분으로 하는 연신 필름을 열처리하여 열수수축률이 균일하고 형태안정성과 인쇄적성이 우수한 폴리아미드 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.

나일론-6를 주성분으로 하는 폴리아미드 이축연신필름은 내핀홀성, 내열성,충격강도 및 산소 등의 비극성 기체의 차단성 등 여러가지 물성이 우수하여 식품포장용, 특히 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지들이 접합된 형태로 냉동식품이나 레토르트 식품의 포장재로써 널리 사용되고 있다.

일반적으로 폴리아미드 필름을 생산하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 폴리아미드 수지를 용융압출하여 냉각 고화시켜 미연신필름을만든 후,이것을 다시 가열하여 종방향(MD)과 횡방향(TD)으로 연신시켜서 필름을 만들고 연신된 필름을 열처리한다. 연신공정은 평면 형태의 필름에서는 축차이축연신 또는 동시이축연신으로, 튜브형태의 필름에서는 동시이축연신으로 수행된다.

이축연신 폴리아미드 필름은 이축연신 공정후 필름의 용융온도 근처에서 응력이 유지된 채로 열처리된다. 열처리 공정을 통해 필름은 저장이나 인쇄 또는 적층 등의 후처리공정 중에서 발생하는 변형에 대한 저항성을 갖게 된다. 열처리 후폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 같은 봉합물질을 접합하여 식품포장에 사용하게 된다. 포장된 식품은 보통70∼80℃ 또는 그 이상의 열수나 수증기를 사용하여 살균 소독한다.

이러한 이축연신 폴리아미드 필름은 열처리에도 불구하고 식품 포장시 열수처리중 심하게 수축하게 된다. 특히, 열처리 필름의 가장자리로 만들어진 포장용 봉지같은 경우에는 살균소독을 위한 열수 처리중 뒤틀려 포장 외판에 결점이 생겨서 포장의 가치를 떨어뜨리게 된다. 경우에 따라서는 이런 뒤틀림 현상 때문에 자동 포장공정이 방해를 받기도 한다.

이러한 포장용 용지의 뒤틀림 현상은 포장용 재료로 사용되는 필름의 열수수축율이 균일하지 않고 비등방성을 가지기 때문이다. 상세히 설명하면 열수에서의 필름의 수축율이 필름면의 각 방향에 따라 다르기 때문에 발생하는데 대개의 경우종방향으로의 수축이 더 많이 일어난다.

즉, 열수수축율의 비등방성이 큰 필름을 사용하여 포장용 용지를 만들면 각방향으로의 수축정도의 차이로 인해 뒤틀림 현상이 발생하게 된다.

축차이축연신 폴리아미드 필름은 평판 형태로 텐터(tenter)법에 의해서 만들어지게 되는데, 텐터 내에서의 횡연신과정중 필름이 비등방성을 띠게 된다. 이런 현상을 보잉 (bowing)이라고 하며 텐터공정중 불균일한 연신에 의해 발생하며 이러한 현상은 필름에 폭방향으로 직선을 긋고 텐터 공정을 거치게 하면 직선이 필름진행방향에 대해 뒤쪽으로 구부러진 곡선이 되는 현상으로 쉽게 확인할 수 있으며, 그 이유는 필름의 가장자리 부분은 물림장치인 텐터 (Tenter)에 끌려 앞으로 진행하는데 반해 중앙부는 응력에 의해 뒤로 당겨져서 발생하게 된다.

일본 특허공보 평 2-45974 호에서는 횡연신 직전의 예열단계에서 중앙부에 필름진행방향으로 봉 형태의 히터 (heater)를 설치하여 횡연신 과정 중의 비등방성을 줄이고 필름의 균일성을 향상시키는 방법을 제시하고있다.

이 경우 연신과정에서의 균일성은 향상시킬 수 있지만, 텐터 오븐(tenter oven)에서의 열처리 공정중에서도 보잉이 발생하므로 필름의 비등방성이 발생하게된다. 특히, 열처리 공정은 용융온도 근처의 고온에서 진행되므로 보잉이 심하게 발생하게 된다. 폭이 넓은 필름을 열처리할 때는 중심부는 상대적으로 낮은 비등방성을 가지지만 가장자리 근처에서는 심한 비등방성을 나타내게 된다.

따라서 본 발명을 상기 기술의 문제점을 해결한 것으로, 폴리아미드필름 열처리과정중 발생하는 비등방성을 줄이고, 전체 폭방향으로 균일한 필름을 제공함을그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명자의 연구에서 열처리롤(heat roll) 또는 열처리벨트(heat belt)를 사용한 열처리공정을 통하게 되면 텐터오븐 방식에 의한 필름의 비등방성 문제가 해소되고 열수수축율이 균일한 필름을 얻을 수 있음을알게 되었다.

그러므로, 본 발명에 의하면 폴리아미드 필름의 제조에 있어서, 80 중량% 이상이 나일론6으로 구성된 일축 또는이축연신한 폴리아미드 필름을 180℃∼ (필름의용융온도 - 5℃)의 범위로 가열된 열처리롤(heat roll) 또는 열처리벨트(heat belt)에 접촉시켜 열처리함을 특징으로 하는 폴리아미드 필름의 제조방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면, 상기 방법으로 제조되며, 하기 식 ( I )에 따르는 열수수축율이 필름면의 전방향으로 6% 이하이고, 하기 식 (II)에 따르는 열수수축율의 비등방성 (H,%)이 33% 이하인 폴리아미드 필름이 제공된다.

(식중 L_o은 열처리전 필름의 길이이고, L은 100℃의 꿇는 물에서 30분간 처리한 다음 측정한 길이임.)

(식중 S₆₀과 S₁₅₀은 각각 필름 진행방향으로 중심에서 오른쪽의 필름에 대해 종방향 오른쪽으로 60°와 150°에서의 열수수축율).

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 이축연신 폴리아미드 필름을 평판 형태로 열처리하는 방법을 개선한 것으로 기존의 텐터법 열처리에 의해 필름의 열수수축율이 비등방성을 가지거나, 가장자리 부분의 비등방성이 커서 중앙부만 비등방성이 작아지는 것을 해소하기 위하여, 본 발명에서는 이축연신 폴리아미드 필름을 열처리하는데 가장자리를 물림 장치에 물려서 적당한 온도, 즉 180℃∼ (필름의 용융온도 -5℃)의 범위로 가열된 열처리롤(heat roll) 또는 열처리벨트(heat belt)의 표면에 접촉시킨 후 즉각 냉각시켜 필름이 변형되지 않게 한다.

본 발명은 또한 이축연신 폴리아미드 필름이 전폭 범위에서 균일한 열수수축율을 가지게 하는 것으로 100℃ 물에서의 열수수축율이 필름면의 전방향에서 6% 이하이고, 앞에서 언급한 식으로 계산된 열수수축율의 비등방성 (H,%)이 필름의 폭 전체에 걸쳐서 33% 이하를 만족하도록 한다.

H(%)의 측정시 필름의 열수수축율이 중심에서 좌우로 대칭의 형태를 가지므로 필름진행방향에 대해 중간에서 오른쪽의 필름을 분석의 대상으로한다. H(%)가 33% 보다 크면 식품포장시 열처리파정에서 열수수축율의 차이에 의해 심각한 뒤틀림이 발생하므로실제 포장재로 사용하기가 곤란하다.

본 발명에서의 열처리 방법을 사용하여 열처리된 필름은 필름의 전폭범위에서 그리고 필름면의 전방향에서 100℃ 물에서의 열수수축율이 6% 이하, 필름의 비등방성 H(%)가 33% 이하의 값을 가지므로 저장이나 인쇄 또는 적층 등의 후처리 공정중에서 발생하는 변형에 대한 저항성을 가지는 형태안정성과 인쇄적성이 우수한장점이 있다.

봉합재를 적층하여 포장용 봉지를 만든 후 식품 포장에 사용하여 고온의 물이나 증기로 살균소독하여도 변형에 따른 문제는 전혀 발생하지 않는다.

본 발명에 사용하기에 바람직한 폴리아미드 수지는 나일론6, 나일론66 또는나일론12와 같은 지방족 폴리아미드를 주성분으로 하고, 방향족 폴리아미드를 선택성분으로 하는 공중합체 또는 블렌드(blend)이다.

열처리공정에서 사용된 가열체는 매끄러운 표면을 가지고 있으며 사용된 재질이 금속일 필요는 없다. 가열체로는 열처리롤(heat roll) 또는 열처리벨트(heat belt)가 좋으며, 공업적인 연속생산에 적합하다.

가열체의 표면은 필름자의 효율적인 접촉을 위해 매끄러운 상태를 가져야 하는데, 실제로는 미세한 결점들로 인해 긴밀한 접촉이 잘 안될 수도있다. 가열체의 온도는 180℃∼ (필름의 용융온도 -5℃)의 범위내에서 설정된다. 예를 들어 나일론6의 경우 180∼210℃가 바람직하다.

용융온도에 너무 가깝게 되거나 높게 되면 가열체의 표면에 달라붙어서 필름의 평활성이나 투명성에 영향을 미치게 된다. 반대로 온도가 너무 낮은 경우에는 충분한 열처리가 이루어지지않게 된다. 효과적인 열처리를 위해 필름은 가열체와 접촉한 상태를 어느시간 동안 유지해야 하는데, 사용된 폴리아미드 수지의 종류나 필름의 두께, 열처리 온도 등에 따라 달라진다. 필름의 두께가 얇을수록 접촉시간은 줄어들게 되는데 대개 0.5초 내외 정도의 접촉으로 충분하다.

열처리 공정후 필름은 즉각 변형이 되지 않게 냉각되어져야 하는데, 필름의변형을 최소한으로 줄이기 위해 필름의 유리전이온도(Tg) 이하로 냉각해야 하며 물로 냉각된 냉각롤과 같은 냉각체를 사용하여 필름을 접촉시키는 것이 효과적이다.

충분히 냉각되지 않는 경우 장력에 의해 변형된다. 효과적인 열처리를 위해 열처리 공정을 여러 단계로수행할 수 있는데 이 경우 다음 단계로 넘어갈수록 열처리 온도가 높아져야 한다.

이하, 본 발명을 실시예와 비교예를 통하여 더욱 구체적으로설명하겠는 바,본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2]

90 중량%의 나일론6와 10 중량%의 메타자일렌아디프아미드(meta-Xylylene adipamide)로 구성된 폴리아미드 블렌드 또는 공중합 폴리아미드 수지를 티다이(T-die)를 가진 60mm 직경의 압출기를 사용하여 265℃로 용융압출하고 기어펌프로 계량하여 필름상으로 압출하여 냉각롤에 냉각하여 두께 210㎛, 폭 25cm의 미연신 필름을 얻었다.

이 미연신 필름을 3 m/분의 속도로 롤직경 110mm, 폭 700mm인 복합롤을 사용하여 50℃에서 연신배율 3.1배로 종연신하였다. 이어서 폭 3m 길이 11m인 텐터내에서 온도 95℃, 연신배율 3.1배의 조건으로 횡연신하여 두께 15㎛의 연신필름을 얻었다. 이 연신필름을 1m길이의 텐터 오븐내에서 온도 120℃, 80m/분의 속도로 예열처리한 후 냉각하고, 길이가 1m이고 하기 표 1의 온도로 가열된 열처리 벨트에 접촉시켜 열처리하고 40℃의 냉각롤에 접촉시켜 냉각하였다.

이렇게 열처리된 필름의 가장자리 끝에서 50mm부터 150mm까지의 부분을 잘라 100mm×100mm의 정사각형 형태의 필름 샘플을 얻어 직경 100mm의 원을 그렸다. 이샘플을 20℃, 상대습도 65%에서 하루동안 방치한 후 100℃의 물에서 30분동안 가열하고, 다시 20℃, 상대습도 65%에서하루동안 방치한 후 수축율을 측정하여 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 3 내지 5]

열처리를 열처리벨트 대신 텐터 오븐내에서 실시하고, 이때의 열처리온도를표 1과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.

상기한 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면 텐터오븐 방식에 의한 필름의 비등방성 문제가 해소되고 열수수축율이 균일한 필름을 얻을 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 폴리아미드 필름의 제조에 있어서, 80 중량% 이상이 나일론6으로 구성된 축차이축연신 폴리아미드 필름을 180℃∼ (필름의 용융온도 - 5℃)의 범위로 가열된 열처리롤(heat roll) 또는 열처리벨트(heat belt)에 접촉시켜 열처리함을 특징으로 하는 폴리아미드 필름의 제조방법.
2. 80 중량% 이상이 나일론6로 구성된 축차이축연신폴리아미드 필름을 180℃∼ (필름의 용융온도 -5℃)의 범위로 가열된 열처리롤(Heat roll) 또는 열처리 벨트(heat belt)에 접촉시켜 열처리하는 것에 의해 제조되며, 하기 식(I)에 따르는 폴리아미드 필름의 열수수축율이 필름면의 전방향으로 6% 이하이고, 하기 식(II)에 따르는 열수수축율의 비등방성(H)이 33% 이하임을 특징으로 하는 폴리아미드 필름:

   (식중 L_o은 열처리전 필름의 길이이고, L은 100℃의 끓는 물에서 30분간 열처리한 다음 측정한 길이)

   (식중 S₆₀과 S₁₅₀은 각각 필름 진행방향으로 중심에서 오른쪽의 필름에 대해 종방향 오른쪽으로 60°와 150°에서의 열수수축율).