KR100311766B1 - 열밀봉가능한연신웹 - Google Patents

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패트릭 디. 하이드
앤드류 제이. 우더커크
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스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

본 발명은 반 결정질 열가소성 중합체로 된 열 밀봉성 배향 필름 또는 층에 관한 것이다. 상기 필름은 상이한 열 밀봉 온도를 갖는 동일한 열가소성 중합체로 된 얇은, 열-밀봉성충을 갖는데, 이 층은 총 필름의 융해를 요하지 않으면서 열 밀봉을 가능하게 한다. 또한, 본 발명은 상기 열 밀봉성 필름을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

[발명의 명칭]
열밀봉 가능한 연신 웹
[발명의 배경 및 분야]
본 발명은 연신된 웹 표면에 열밀봉 가능한 얇은 층을 형성시키는 방법에 관한 것이다.
연신된 필름 및 섬유는 광범위하게 사용되고 있는데, 특히 반결정질(半結晶 質)의 열가소성 중합체로 이루어진 것이 사용되고 있다. 이들 연신된 제품은 높은 인장 강도 및 높은 탄성률에 특징이 있다. 연신은 또한 결정화도에도 영향을 주므로, 상기 연신된 웹을 포함하여 연신된 중합체의 융점 및 연화점에 영향을 미친다. 이들 연신 중합체에 관련된 문제점은 이들 중합체의 열밀봉성이 낮다는 데에 있다. 종래의 연신된 중합체 필름들은 이들의 융점 이상에서 전체 필름을 열융접시키는 것에 의하여 열밀봉된다. 융접(welding)에 의한 이러한 종류의 열밀봉은 융접 부위에서 심한 수축 및 뒤틀림 (warping)을 일으킨다. 또한, 응접은 융접 부위의 연신을 파괴하므로 임계 영역에 있는 필름 또는 웹을 약화시킨다.
연신된 반결정질의 필름을 열밀봉 가능하게 만드는 노력은 일반적으로 동시 압출, 순차 압출 또는 피복에 의하여 필름의 외표면에 열밀봉 가능한 중합체로 된 얇은 층을 제공하는 것에 집중되고 있다. 그러나, 이들 방법은 필름의 제조적성 및 상기 2개층간의 접착성과 관련하여 문제가 있다. 저분자량, 저연화점 및/또는 저결정질의 중합체로 된 상기 열밀봉 가능한 층 역시 일반적으로 필름의 벌크 인장 특성을 감소시킨다. 미국 특허 제4,247,591호는 평균 분자량이 높은 벌크 중합체로된 하나의 얇은 외부층을 동시 압출함으로써, 양층이 순차적으로 연신되도록 하는 것을 제안하고 있다. 이때, 상기 필름은 이들 얇은 외부층들 내에서 선택적으로 가열된다. 보고된 결과들은, 하나의 융접 접합부가 있는 단일층 연신 필름에 비해 접합 강도가 약 30% 증가되어 있다고 주장하고 있다. 이 방법의 문제점에는 열밀봉이 고분자량 외부층 내에 일차적으로 남게 되는 것을 보장하기 위해 주의 깊은 선택적인 가열의 필요성이 내포되어 있다. 또한 상기 방법은 약 5 mil(127 ㎛)미만의 얇은 필름에 대해서는 적합치 않게 된다.
또한, 연신된 필름에 관련되는 문제점은 이 필름의 고광택도 및 낮은 내마모성이다. 일련의 특허들은 공업적 포장용으로 알맞은 플라스틱 스트랩핑(strapping)의 제공을 목표로 하고 있다. 상기 플라스틱 스트랩핑은 연신된 중합체 필름으로 형성된다. 이들 특허는 이들 연신된 필름의 고광택도 및 내마모성의 문제에 역점을 두고 있다. 미국 특허 제3,394,045호 및 제4,428,720호는 화염(火焰) 또는 가열된 크롬 도금 롤에 의해 상기 연신 필름을 융해 온도[예컨대, 폴리프로필렌에 대하여 약 475 ℉(246 ℃)]까지 가열하는 것을 제안하고 있다. 처리 깊이는 약 1 mil (25.4 ㎛)이다. 이 때, 주장되어 있는 바에 따르면, 상기 스트랩핑은 권축된 접합부를 형성하도록 스트랩핑처럼 사용될 수 있다. 그러나, 이 방법은 열밀봉 가능한 필름을 제공하기에 그다지 적합하지 않다. 상기 처리 단계의 고온 및 장기간의 체류 시간으로 인해 스트랩핑의 외부 표면에 상당한 산화종들이 생기게 되는데, 이는 권축된 접합부에 대해서는 문제되지 않으나, 열밀봉 접합부를 오염시킨다. 또한, 상기 높은 처리 온도는 비교적 두꺼운 용융된 중합체층을 롤러 및 관련 기기에 부착시키는 경향이 있으므로 얇은 필름의 가공을 어렵게 만든다. 미국 특허 제4,090,008호에 의하면, 전술한 특허들은 더스팅(dusting) 또는 에지피브릴화를 방지하는 데 불충분하다고 보고하고 있고, 열처리에 의하여 상기 에지만을 밀봉하는 방법을 제안하고 있다. 미국 특허 제4,451,524호는 상기 피브릴화의 문제를 언급하고, 그 표면층[약 1 mil(25,4 ㎛)]의 융해에 이어 연신시키는 후속 단계를 제안하고 있다.
미국 특허 제4,822,451호는 코로나 처리, 플라즈마 처리, 스퍼터 부식, E-빔 처리, 화염 처리, 고강도 U.V. 처리 및 레이저 처리를 비롯한 다양한 선행 기술의 필름 표면 처리 및 그 효과를 요약하고 있다. 이 특허에서 논의된 처리 방법의 목적은 상기 필름 중합제의 외부 표면상에서의 화학적(결정 구조는 제외) 변화 또는 조직[texture] 변화가 거의 또는 전혀 없도록 매우 얇은 표면층 필름을 처리하기 위한 것이다. 상기 요약된 모든 선행 기술의 처리법은 처리되는 중합체 표면의 조직 및/또는 화학적 성질에 변화를 가져온다. 전술한 처리 방법이 적당한 반결정질의 중합체에 사용되는 경우, 그 방법은 바람직하게는 두께 20 내지 250 nm의 준무정형(準無정形) 상태의 처리된 중합체 층을 생성시키는 고강도, 고출력의 레이저(예컨대, 엑시머 레이저) 처리이다. 상기 준무정형 상태란 처리된 층이 재결정화 되는 경우 짧은 범위의 결정화가 손실되는 특징은 있으나, 제한된 수준의 긴 범위의 연신도가 남아있는 것을 알 수 있는 상태이다. 이 처리는 상기 중합체의 흡수 특성에 대한 상기 레이저 파장의 적절한 정합(정合)을 요하며, 다수의 응용에 요하는 처리된 중합체 표면 조직을 생성시키지 아니하므로, 그 응용성에는 제한이 있다.
[발명의 개요]
본 발명은 얇고[예컨대, 약 5 mil(127 ㎛) 이하], 반결정질이며 열가소성인 열밀봉 가능한 연신 웹(예컨대, 필름 또는 필름층)과 같은 제품 또는 재료 및 그 제조 방법을 제공한다. 열밀봉 가능성은 웹, 예를 들면 필름 또는 필름층의 벌크 중합체와 동일한 중합체 및 유사한 결정 상태의 얇은 열밀봉 가능한 표면층에 의하여 제공된다. 상기 처리된 표면층의 특징은 산화(예컨대, 분해)된 화학종이 적다는 것과 일반적으로 표면 조직을 증가시킨다는 데 있다. 상기 처리된 필름은 특히 감압(感壓) 접착제(PSA) 테이프의 기재(기材)로서 이용하기에 매우 적합하다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 처리 방법의 개략적인 공정도이다.
제2도는 처리면 및 미처리면의 양면에 위치하는 실시예 2에 따른 필름의 휘광각(輝廣角) X선 회절(Glancing Wide Angle X-Ray Diffractian;GWAX)(1.0°) 트레이스(traces)를 나타내는 도면이다.
제3도는 처리면 및 미처리면의 양면에 위치하는 실시예 2에 따른 필름의 휘광각 X선 회절 트레이스(GWAX)(0.5°)를 나타내는 도면이다.
[양호한 실시 상태의 상세한 설명]
본 발명은 반결정질의 연신된 중합체 물품 또는 웹, 예를 들면 연신된 필름 또는 필름층 위에 열밀봉 가능한, 반결정질의 얇은 표면층을 형성하는 방법 및 그 방법으로 만든 물품 또는 웹을 제공한다. 상기 방법은 연신된 웹용 가열 롤과 같은 가열된 조직 가공 표면을 사용하여 상기 물품 또는 웹의 외부 표면에서 연신된 중합체의 얇은 층을 상기 연신된 반결정질 중합체의 융점 이상의 온도까지 열 및 압력하에 신속히 가열하는 단계를 포함한다. 상기 가열 단계는 연신된 중합체 외부 표면의 두께 1 내지 15 ㎛의 층만을 처리하기에 충분한 기간이다.
본 발명에 의해 처리된 표면층 또는 표면층의 부분 또는 구역은 미국 특허 제3,394,045호 또는 제4,495,124호에 기재된 것과 같은 전형적인 열처리 공정 또는 미국 특허 제4,417,948호의 융식(融蝕) 공정에 의해 얻게되는 것과 같이 산소 함유 분해종이 없다는 데에 특징이 있다. 전자 분광 분석법(처리면은 대개 99 내지 100% 탄소인 것으로 측정됨)(ESCA)(XPS) 및 수분 접촉각 측정법에 의해 측정시 본 발명으로 처리된 표면층 내에는 산화된 화학종이 현저하게 존재하지 않는다. 이는 선행 기술로 처리된 표면 층에 비해 수분 접촉각이 일반적으로 크다(88 내지 95°로 측정)(접촉각이 작을수록 고표면 에너지에 준하여 산소 함량이 더 높다는 것를 나타냄).
다음은 본 발명의 방법을 제1도를 참조하여 예시 및 설명한다. 도면 부호 1은 풀림 롤러(2) 및 적당한 아이들러(idler) 롤(3)에 의해 제공되는 연신된 열가소성 필름을 나타낸다. 상기 필름(1)은 가열된 조직 가공 롤(textured roll)(5)과 백킹 롤(4)의 사이에 형성된 닙(6)에 공급되는데, 상기 조직 가공 롤과 백킹 롤 중의 한쪽 또는 양쪽을 모두 구동시킬 수 있다. 상기 가열된 닙 롤(5)은 크롬 도금된 샌드블래스트강 롤과 같이 조직 가공되어 있다. 이 가열 롤(5)에는 임의로 박리 표면이 제공될 수 있으며, 이는 상기 가열 롤(5) 상에 점성이 큰 용융된 중합체가 형성되는 것을 막는다. 상기 가열 롤(5)을 뜨거운 물 또는 오일, 전기 저항 또는 유도 가열과 같은 종래의 수단을 사용하여 가열시킬 수 있다.
가열 롤(5)의 표면 온도는 필름(1)의 연신 중합체의 융점보다 5℃ 이상 높은 온도가 되도록, 바람직하게는 크롬 도금된 롤의 경우 30℃ 이상, 일반적으로는 박리 피복된 롤 표면인 경우 더 높은 온도로 되도록 조절된다. 상기 가열 롤(5)과 필름(1)의 닙 접촉 표면적은 일반적으로 약 1 mm 내지 약 10 mm, 바람직하게는 2 내지 5 mm로 매우 작다. 그러나, 필름(1)의 속도가 비례적으로 증가하는 경우, 더 큰 접촉 면적을 사용할 수 있다. 상기 닙(6)을 통과하는 필름(1)의 속도는 바람직하게는 매분 50 feet (15 m) 이상, 더욱 바람직하게는 매분 75 feet (23 m) 이상이다. 상기 필름과 가열된 닙의 접촉 영역간의 바람직한 접촉 시간은 약 20 밀리초(ms) 이하, 더욱 바람직하게는 약 15 ms 이하로서, 최저간은 5 ms 이하이다. 접촉 시간이 약 20 ms보가 길면 처리된 필름층(들)이 산화되어 필름 또는 필름층의 인장 특성이 심각하게 손상되는 경향이 있다. 이로 인해 필름은 적절히 열밀봉되지 않게 될 것이며 닙 내에서 균열을 일으킬 수 있다. 전술한 바람직한 조건은 어느 정도까지는 필름(1)을 형성하는 중합체에 따라 좌우된다. 상이한 점탄성, 유동학적 특성 또는 열전소성을 갖는 중합체들은 가열 롤(5)에 다소 노출되는 것을 필요로 할 수 있다. 전술한 바람직한 조건은 일차적으로 등방성(等方性) 폴리프로필렌 및 이와 유사한 중합체, 공중합체와 이들의 혼합물에 관한 것이다.
백킹 롤(4) 및 가열 롤(5)은 처리하고자 하는 필름 표면과 가열 롤(5) 사이에서 실질적으로 연속적인 접촉이 확실히 이루어지기에 충분한 닙 압력이 제공되도록 설정된다[가열 롤(5)과 상기 필름(1) 사이의 작은 또는 미시적(微視的)인 비접 촉점들의 양을 제한하는 것이 바람직하며, 가열 롤(5)로부터 상기 필름을 깨끗이 박리하는 데 기여할 수가 있다]. 이것을 행하는 데 필요한 압력은 일반적으로 종래의 엠보싱 처리시에 사용되는 압력보다 낮다. 가열된 중합체의 제한된 점성 유동을 가열 닙롤(5)에 저압으로 접촉시키기에 충분한 정도로 롤(5)을 고온 가열 하면 필름(1)의 중합체 표면층의 점도를 저하시킨다. 0.2 내지 10 pound/linear inch(PLI) 정도의 낮은 압력(0.09 내지 4.56 kg/linear cm)이 충분한 것으로 밝혀졌다. 10 PLI 이상의 닙 압력하에서는, 에지가 뒤틀리고 크레핑(creping)을 발생시켜 필름이 변형되는 경향이 있다. 닙(6)에 열이 발생하는 것을 방지하려면 백킹 롤(4)을 냉각시키는 것이 좋다. 또한, 백킹 롤(4)에는 변형 가능하거나 또는 탄성의 얇은 피막[예컨대, 듀로미터(durometer) 경도가 약 80 쇼어 A 미만인 실리콘 고무]을 공급함으로써 필름(1)의 표면과 상기 가열된 조직 가공 롤(5) 사이의 접촉을 더욱 보장할 수 있다.
구동 롤(7)은 이 롤(7)과 롤(8) 사이에 공급된 닙을 구동시키는데, 그 중 하나는 실리콘 고무로 피복하는 것이 바람직하다. 되감기 롤(9)도 역시 구동 롤(7)에 의해 구동된다.
필름(1)은 필름 중에 이방성 특성을 부여하기 위하여 적어도 한쪽 방향으로 연신시킨 반결정질 중합체이다. 이 연신은 관용적인 것이며, 본 명세서에서는 설명하지 않겠다.
필름(1) 중에서의 중합체의 연신 및 결정화는 상기 처리된 표면층에서 유지되지만, 제2도 및 제3도 중의 GWAX 트레이스에 나타난 것과 같이 낮은 정도이다. 처리된 층에서 유지되는 연신 정도는 일반적으로 낮지만 여전히 존재한다. 제2도 및 제3도의 GWAX 트레이스에 있어서 이러한 연신의 유지는 2 개의 주피크 (이들은 일반적으로 시험된 중합체층에 연신이 없을 경우에 강도가 같다)에 대한 상대적인 강도 차이에 의해 명백하다. 결정 구조는, GWAX 강도 및 패턴(0.5°및 1.0°)에 의해 측정되는 바와 같이, 상당한 정도(치대 60 내지 96%)로 유지된다. 어떠한 새로운 결정질 피크도 일반적으로 형성되지 않는데, 이것은 미국 특허 제4,822,451호 또는 제3,394,045호에서와 같이 표면층 내에서의 결정 구조가 변화하거나 또는 순수하게 비정질의 중합체가 생성된다는 것을 나타낸다. 0. 5°의 휘광각 X선 회절 패턴 (GWAX)은 일반적으로 미처리면의 결정화도의 5∼10% 이상, 바람직하게는 50% 이상 및 최대 70 내지 95%를 유지한다는 것을 나타낸다.
처리된 표면층 중합체의 결정 크기는 현저하게 감소되며, 총결정화도 및 총연신도의 감소와 관련된다. 이것은 필름(1)의 미처리 벌크 중합체에 비해 처리한 표면 중합체층의 연화점 온도가 강하된다는 사실로부터 명백하다. 상기 처리된 표면 층 중합체의 연화점 강하는 열밀봉 온도인 5℃, 더욱이 필름(1)의 미처리 연신 중합체의 융점 또는 연화점 이하에서, 처리된 필름 표면층에서 처리된 필름들의 대단히 큰 자가 접착 결합 강도에 의하여 설명된다. 표면층(들)이 처리되어 있는 필름은 이러한 낮은 열밀봉 온도에서 그의 연화점 및 그 연화점 근처에서 융접시킨 미처리 필름을 사용하여 얻은 결합 강도 수준 이상으로 자가 접착 결합 강도 값을 나타낼 수 있다. 그러므로, 상기 처리된 필름은 미처리 벌크 중합체의 연신도 및 결정화도에 영향을 미치는 일이 없이, 그리고 이와 관련하여 응접에 의하여 생기는 접합부에서의 필름 강도에 손실을 일으키는 일이 없이 열밀봉될 수 있다 또한, 처리된 표면층에서의 본 발명의 처리된 필름의 폴리올레핀 및 공중합체와 같은 다른 표면에 대한 접착력은 이들 낮은 열밀봉 온도에서 증가된다.
연신된 중합체의 융점을 과도하게 상회하는 온도로 상기 필름을 신속히 국부적으로 가열시킴으로써 처리된 표면층의 결정 구조가 변경되지만, 상기 결정 구조 및 이와 관련된 특성은 관용되는 열처리법에서 처럼 상실되지 않는다. 나아가, 본 발명의 처리 공정은 두께가 15 ㎛ 미만인 표면층에 대한 처리에서 침투를 제한하므로, 상기 처리된 층은 총필름 두께의 약 50% 미만, 바람직하게는 20% 미만으로 된다. 이에 따라, 최종 처리된 필름 내의 연신된 벌크 중합체의 특성이 손상되는 것이 억제된다. 또한, 본 발명의 처리에 의하면, 처리된 필름상에서 또는 용융된 중합체를 상기 가열된 조직 가공 롤로 이동시키고 다시 필름에 복귀시킴으로써 중합체 분해와 이와 관련된 산화종의 생성이 최소화된다는 것을 알게 되었다. 필름(1)의 표면과 접촉하는 가열 롤(5)의 조직 가공된 표면은 용융된 중합체가 상기 롤(특히 종래의 크롬 도금된 표면을 구비한 것임)로 이동하는 것이 억제 또는 방지된다는 것이 밝혀졌다. 상기 조직 가공 깊이(Ra)는 일반적으로 약 10 μin (0,3 μm) 이상, 바람직하게는 약 20 μin (0.5 μm)이지만, 400 μin (10.2 μm) 미만이다. 더 큰 Ra 또는 더 깊게 조직 가공된 롤을 사용하면, 필름은 불균일하게 처리될 수 있는 반면, Ra 값이 더 낮은 롤은 그 롤에 필름 또는 중합체가 점착되는 현상을 일으킬 수 있다 또한, 상기 롤의 고온에 대해 내성이 있는 박리제 피막을 사용하면, 점착성이 높은 특정의 중합체와의 중합체 접착을 방지하는 데 유리하다. 적당한 박리 처리제로는 테플론(등록 상표) 및 기타 플루오로케미칼 피막이 있다.
가열 롤(5) 표면의 조직은 적어도 간접적으로 필름(1)의 표면층으로 이동하여 조직 가공성을 증가시키며 이와 관련하여 적어도 부분적으로 60°에서의 광택도를 30% 이하, 바람직하게는 15 % 이하까지 감소시킨다. 상기 광택도는 일반적으로 3% 내지 50%이나, 바람직하게는 5% 내지 30%이다. 조직 가공된 처리된 표면에 대한 Ra 값의 범위는 20 내지 500 μin (0.5∼12.7 μm), 바람직하게는 50 내지 400 μin (1.3∼10.2 μm)이다. 낮은 값의 Ra는 중요하지 않으며, 목적하는 두께의 효율적인 연속 표면층 처리를 얻음과 동시에 높은 간의 Ra를 얻는 것은 어렵다. 피크 수는 50 피크/in(20 피크/cm) 이상인 것이 바람직하며, 조직 가공된 표면에 대해서는 100 내지 400 피크/in(39∼157 피크/cm)가 바람직하다(이하에 정의된 바와 같이 측정됨). 가장 고밀도의 조직 가공과 최고의 광택도 감소는 비박리성 피막(예컨대, 크롬 도금) 가열 롤 표면을 사용하여 얻게 되지만, 가열 롤에 용융 중합체가 점착하는 것을 피하고 여전히 양호한 조직 가공을 달성하려면 적당한 박리제 피막을 특정의 중합체와 함께 사용하여야 하는 경우도 있다. 처리된 표면층의 표면 조직 가공은 특정한 접박 테이프 기재와 같이 고도의 광택도를 원하지 않는 경우, 또는 예를 들면 필름 표면을 피복시키는 경우의 용도에 가끔 요구된다. 본 발명의 표면 조직 가공은, 미국 특허 제3,394,045호 또는 제4,428,720호의 열처리 또는 미국 특허 제4,822,451호의 표 1에 요약된 표면 처리를 통해 달성되는 것과 같이, 외부 표면층의 종래의 불필요한 화학적 변형을 일으킴이 없이 이러한 전형적인 용도를 위한 조직 가공 공정의 요건을 만족시키기에 충분하다.
본 발명의 처리에 적합한 중합체는 연신 가능한 열가소성 중합체, 일반적으로 폴리올레핀(예컨대, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌), 폴리에스테르, 폴리아미드 등과 같은 반결정질의 열가소성 중합체이다. 상기 중합체는 본 발명 방법의 높은 가공 속도에서 가열 롤에 중합체를 접착시키거나 이동시키는 일이 없이 그의 융점 이상의 적합한 온도로 가열될 수 있는 것이기만 하면 된다. 일반적으로, 폴리올레핀이 적당하며, 특히 본 발명의 방법에는 가열된 롤에 점착하지 않는 폴리프로필렌 및 공중합체가 적당하다. 그러나, 특정한 폴리에스테르는 용융시, 점착성이 커져서 상기 가열 롤에 접착하는 경향이 있다. 나아가, 이들 폴리에스테르의 비교적 높은 용융 온도 때문에, 일반적으로 종래의 박리제들은 분해를 일으킴이 없이 롤에 사용하는 것은 불가능하다.
처리된 표면층의 두께(어떤 경우에는, 10 ㎛ 이하) 때문에, 필요하다면 필름 (1)의 연신된 중합체의 벌크성에 크게 영향을 미치는 일이 없이 매우 얇은 필름 또는 섬유 웹[예를 들면, 5 mil(125 ㎛) 이하, 최저 1 내지 3 mil(25∼75 ㎛)]을 처리하는 데 이 방법을 사용할 수 있다. 가열 처리된 표면, 예를 들면, 롤(5)의 조직 가공 정도는, 처리 도중에 용융 상태 표면층과 가열된 조직 가공 표면 사이의 거의 연속적인 접촉이 보장되도록 하려면, 노출 기간 및 처리 온도에 의해 결정되는 처리층의 두께와 조화를 이루어야 한다.
제1도와 관련하여, 전술한 발명은 기타의 웹 또는 물품에도 응용될 수 있으며, 기타의 수단에 의해서 실시할 수도 있다. 또한, 본 발명은 현재로서 시도되는 양호한 실시 상태를 설명하고 있는 이하의 실시예에 의하여 예시된다.
[실시예]
[실시예 1]
이 실시예는 테플론(등록 상표) 중합체로 피복시킨 롤러 위에 신속히 통과시킨 두께 1 내지 2 mil(25∼50 ㎛)의 이축 연신된 폴리프로필렌 (M.P. 170℃)필름을 설명하는 것이다. 상기 롤러를 250℃의 표면 온도로 가열하였다. 그 필름 표면은 육안상 조직 가공된 외관을 가졌다.
[실시예 2]
이 실시예는 75 ft/분(ftpm)(23 m/분)의 속도로 가열된 테플론(등록 상표)(DuPont 958∼203) 중합체로 피복시킨[두께 1.5 mil(38 ㎛), 30∼50 μin(0.8∼1.3 μm), Ra로 연마] 롤러에 급속 통과시킨 두께 1 mil(25 μm)의 이축 연신된 폴리프로필렌(BOPP) 중합체(M.P. 170℃) 필름을 설명하고 있다. 상기 롤러를 260℃의 표면 온도로 가열시켰다. 상기 웹은 합계 약 3 밀리초∼약 5 밀리초의 접촉 시간 동안 롤 표면의 약 2 mm∼약 4 mm와 접촉하였다. 상기 필름의 표면 완성도는 57 μin(1.4 μm) Ra, 105 피크/in(41 피크/cm)이었다.
수르트로닉 3 조도계(Surtronic 3 profilometer; 영국 레이체스터에 소재한 테일러-호손(Taylor-hosson)으로부터 구득 가능]를 사용하여 # 1502 침(針;stylus) , 긴 스트로우크, 50 밴드 폭으로 측정하였다.
40 파운드/in2(3 Kg/cm2) 및 1 초로 설정된 열밀봉 프레스를 사용하여 상기 필름의 자가 접착성을 시험하였다. 기록된 초기 결합 강도(t-박리 ASTM D1876-72)는 300 ℉(149 ℃)에서 약 3.4 파운드/in2(0.6 Kg/cm2)이었다. 미처리 필름에 있어서 기록된 초기 자가 접착성은 후술하는 180도 박리 시험법을 사용하면 340℉(171℃)에서 약 0.3 파운드/in2(0.05 Kg/cm2)이었다.
[비교예 3]
두께 1 mil의 이축 연신된 폴리프로필렌(M.P. 170℃) 필름을 롤 외부 표면 온도가 약 250℃ 내지 약 260℃인 약 280℃ 내지 290℃의 온도로 가열된 횡목(橫目) 마무리된 플라즈마 피복 롤[플라즈마 코우팅즈 인크(Plasma Coatings Inc., #315), 80∼100 μin(2∼2.5 μm)의 평균 제곱근 (Root Mean Squared(RMS) 마무리 처리] 위에 30 fpm(9 m/분)의 웹 속도로 통과시켜 처리하였다. 상기 웹은 합계 약 2 밀리초의 롤 접촉 시간으로 롤 표면의 약 2 mm∼약 4 mm와 접촉하였다. 표면 완성도를 측정하였더니 435 μin (11 μm) Ra, 75 피크/in(30 피크/cm)이었다. 표면 처리 심도를 주사 전자 현미경(SEM)의 단면 확대도로부터 관찰한 결과 필름의 두께에 근접하거나 또는 약 25 μm이었다. 이 필름은 최초의 필름의 벌크한 연신을 거의 유지하지 않았다.
[실시예 4]
그릿-블라스트 처리한(grit-blasted) 크롬 도금강 롤[울트라 플레이팅, 인크 (Ultra Plating, Inc.), 70 μin(1,8 μm) Ra, 200∼300 피크/in(79∼118 피크/cm) ]을 사용하여 실시예 2의 필름을 150 fpm(46 m/분)의 웹 속도 및 약 190℃ 내지 약 200℃의 표면 온도로 처리하였다. 상기 웹은 합계 약 12 밀리초의 롤 접촉 시간으로 롤 표면의 약 2 mm∼약 4 mm와 접촉하였다. 이와 같이 하여 처리한 필름의 표면 마무리 상태를 측정하였더니 70 μin (1.8 μm) Ra, 230 피크/in(91 피크/cm)이었다. 상기 표면 처리된 필름 단면의 심도를 SEM에 의해 측정한 결과 약 4 μm∼약 5 μm이었다. 그의 광택도는 가드너 광택 측정계를 사용하여 60°의 각도에서 측정한 결과 15%이었는데, 이는 무광택 마무리 가공된 필름(matte finished film)인 것으로 간주되었다.
처리 필름과 미처리 필름 표면을 문헌[Physics Review Letters, 66(9), 1181면∼1184면(1991)]에 기재되어 있는 것과 같은 GWAX법에 의해 결정화도를 측정하였는데, 양면을 연신 방향에 대해 동일한 축을 따라 시험하였다. 1°에서, 상기 처리 층은 미처리 필름면의 결정화도보다 22% 낮았으며, 0.5°GWAX에서는 58% 낮았다. GWAX 피크 110[13.5°(2θ)] 및 040 및 130[17 및 18.5(2θ)]은 양면에서 역시 비대칭으로서, 상기 중합체의 양면에서의 결정 연신을 나타내고 있다. 실시예 2의 필름을 유사하게 시험하였는데, 처리면의 결정화도는 1.0° 및 0.5°에서 각각 12% 및 50% 더 낮다는 것을 나타내었다. [실시예 2의 주사 트레이스를 나타내는 제2도 및 제3도를 참조할 것, 여기서 (21) 및 (31)은 미처리된 면이고 (22) 및 (32)는 1.0° 및 0.5°각각에 대하여 처리된 면이다. 상기 트레이스는 2θ에 대한 강도임.]
또한, 이 필름의 조직 가공된 면을 30 파운드/in2(2 Kg/cm2) 및 300 ℉(149 ℃)로 설정된 열밀봉 프레스 내에서, 1.5 초 동안 고밀도의 발포 폴리에틸렌 필름(2 mil(51 μm), 압축 열가소성 수지)에 적층하였다. 이 시료를 양면 피복 테이프 및 4.5 lbs(2.1 Kg)의 롤다운(rolldown)을 사용하여 고정시키고, 12 in/분(30 cm/분)의 박리 속도로 180°박리 시험을 행하여, 250 g/in2(0,98 Kg/cm2)의 박리력을 얻었다. 미처리된 필름을 이와 동일한 발포 필름(blown film)에 유사한 방법으로 적층하여 10 g/in2(0.04 Kg/cm2)의 박리력을 얻었다.
[실시예 5]
실시예 2의 필름을 그릿-블라스트 처리한 크롬 도금강 롤(울트라 플레이팅, 인크, 50 μin(1.3 μm) Ra , 200∼300 피크/in(79∼118 피크/cm)) 표면에 150 fpm (46 m/분)의 웹 속도 및 약 190℃ 내지 200℃의 표면 온도로 통과시켰다. 상기 웹은 롤 표면의 약 2 mm∼약 4 mm과 접촉하였다. 처리된 두께는 SEM에 의해 측정한 결과 약 3 μm∼약 7 μm이었다. 표면 거칠기를 측정한 결과, 61 μin(1.6 μm) Ra, 260 피크/in(102 피크/cm)이었다. 그의 광택도는 60℃에서 측정한 결과 14%이었다. 이는 무광택 마무리 가공된 외관을 갖는 필름을 제공하였다 .
[실시예 6]
실시예 2의 필름을 그릿-블라스트 처리한 크롬 도금강 롤(울트라 플레이팅, 인코오포레이티드., 35 μin(0.9 μm) Ra, 200∼300 피크/in(79∼118 피크/cm)) 상에서 200 fpm(61 m/분)의 웹 속도 및 약 190℃ 내지 약 200℃의 표면 온도로 통과시켰다. 상기 웹은 롤 표면과 약 2 mm∼약 4 mm접촉하였다 처리된 두께를 SEM에 의해 측정한 결과 약 3 μm∼약 6 μm이었다. 표면 거칠기를 측정한 결과, 54 μin(1.4 μm) Ra, 260 피크/in(102 피크/cm)이었다. 그의 광택도는 60℃에서 측정한 결과 14%이었다. 이는 무광택 마무리된 외관을 갖는 필름을 제공하였다. 이 필름은 롤 표면에 점착하므로 균일하지 않았으며, 이는 가열된 롤의 낮은 Ra 값으로 인한 것이었다.
[비교예 7]
실시예 2의 필름을 미국 특허 제4,495,124호에 기재된 것과 같은 방법으로 처리하였다. 이축 연신된 폴리프로필렌 중합체 필름 1 mil을 표면 온도가 약 180℃인 고도로 연마된 크롬 도금강 롤(울트라 플레이팅, 인크, 8∼10 μin(0.2∼0.26 μm) 마무리) 상에서 30 fps(9 m/분)으로 통과시켰다. 상기 재료는 닙 내의 가열된 롤의 표면에 점착하기 때문에 처리될 수 없었다. 이 체류 시간은 전술한 특허 문헌에 기재된 가장 빠른 체류 시간과 유사하였다. 이 특허에 기재된 방법들은 두껍고 일축 연신된 연신 웹에 적합하지만, 열밀봉 가능한 연신된 재료를 제공하기 위하여 이축 연신 또는 일축 연신된 얇은 연신 웹을 처리하는 데는 적합치 못한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 취지 및 정신을 벗어나는 일이 없이, 본 발명에 다양한 수정과 변경을 가할 수 있다는 것은 당업자에게는 자명한 사실이며, 본 발명의 범위는 예시의 목적으로 기재된 것들에 의해 제한받지 않는다.

Claims (9)

  1. 필름 또는 필름 층을 포함하는 열밀봉 가능한 얇은 열가소성 연신 웹에 있어서,
    상기 필름 또는 필름층은 폴리올레핀의 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어지고, 상기 중합체로 이루어진 열밀봉이 가능한 처리가 된 표면층 또는 표면층 영역을 가지며, 상기 열밀봉 가능한 처리가 된 표면층 또는 표면층 영역은 그 두께가 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛이고, 그 구조는 상기 필름 또는 필름층과 유사한 결정질 구조이며, 그 연화점이 상기 필름 또는 필름층의 상기 열밀봉 가능한 처리가 되지 않은 벌크 중합체의 연화점보다 3℃ 이상 낮은 것을 특징으로 하는 열밀봉 가능한 열가소성 연신 웹.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웹을 구성하는 중합체는 폴리올레핀의 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어지고, 상기 처리된 표면층 또는 표면층 영역을 구성하는 중합체는 그 연화점이 상기 미처리 웹 중합체의 연화점보다 5℃ 이상 낮고, 그 결정화도가 휘광각 X선 회절법에 의해 측정될 때, 미처리 중합체의 결정화도보다 5% 이상 낮으며, 상기 표면층 또는 표면층 영역은 상기 필름 또는 필름층의 하나 이상의 외부 표면의 5% 내지 100%를 이루는 열가소성 연신 웹.
  3. 제2항에 있어서, 상기 처리된 표면층 또는 표면층 영역 중합체의 결정화도는 미처리 중합체의 결정화도보다 30% 내지 95% 낮고, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 중합체 또는 공중합체를 포함하는 열가소성 연신 웹.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 표면층 또는 표면층 영역은 그 외부 표면에 1% 이하의 산소를 함유하는 열가소성 연신 웹.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 표면층 또는 표면층 영역은 Ra 값이 약 0 5 ㎛∼약 12,7 ㎛(20∼500 μin), 피크 수가 20 피크/cm(50 피크/in) 이상(수르트로닉 3 조도계로 #1502 침(針; stylus), 긴 스트로우크, 50 밴드 폭에서 측정함) 및 광택도가 3% 내지 50%이고, 상기 필름 또는 필름층의 두께는 125 ㎛(5 mil) 이하인 열가소성 연신 웹.
  6. (a) 폴리올레핀의 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어진 연신 필름 또는 필름층을 제공하는 단계와
    (b) 상기 연신 중합체의 융점 이상의 온도로 상기 연신 필름 또는 필름층을 가열하여 상기 연신 중합체의 융점 이상의 온도에서 약 20 밀리초(ms) 이하 동안 상기 필름층의 두께가 15 ㎛ 이하로 되도록 상기 연신 필름 또는 필름층의 최소한 한쪽의 외부 표면 영역을 백킹 닙과 접촉하고 있는 조직 가공된 가열 롤과 0.2 PLI(0.09 ㎏/linear cm)이상의 압력에서 연속적으로 접촉시키는 단계를 포함하는,
    폴리올레핀의 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물의 연신 필름 또는 필름층에 열밀봉 가능한 표면층 또는 표면층 영역을 형성시키는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조직 가공된 가열 롤은 Ra가 0.5 ㎛(20 μin) 이상이며 박리제 피막으로 피복되어 있고, 상기 백킹 닙은 듀로미터 경도가 약 80 쇼어 A 이하이고, 상기 필름은 매분 15 m(분 당 50 feet) 이상 이동시, 상기 필름을 상기 가열 롤과 약 1 mm 내지 약 10 mm 접촉시켜 상기 필름이 가열 롤과 20 밀리초(ms) 이하 동안 접촉하게하고, 상기 가열 롤의 온도는 상기 단계 (a)에서 제공된 미처리 필름 또는 필름층의 연신 중합체의 융점보다 5 ℃ 이상 높은 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 필름을 5 밀리초(ms) 이하 동안 상기 가열 롤과 접촉시 키는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가열 롤의 온도가 상기 필름 중합체의 용융점보다 30℃ 이상 높은 방법.
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