KR100446413B1 - 프라이머가 도포된 폴리에스테르 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이축 연신 폴리에스테르 필름의 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 프라이머를 도포한 폴리에스테르 필름의 제조방법에 있어서, 건조 및 연신의 효율성 증대, 생산공정의 효율 향상 및 최종 필름의 물성 향상을 얻을 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

프라이머가 도포된 폴리에스테르 필름의 제조방법

본 발명은 이축 연신 폴리에스테르 필름의 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 프라이머를 도포한 폴리에스테르 필름의 제조방법에 있어서, 건조 및 연신의 효율성 증대, 생산공정의 효율 향상 및 최종 필름의 물성 향상을 얻을 수 있는 방법에 관한 것이다.

현재 공업적으로 제조되고 있는 폴리에스테르 필름은 우수한 기계적, 물리적, 화학적 성질을 가지고 있어 섬유, 필름 및 기타 성형용제품 등에 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 필름 부문에서는 각종 포장재료, 사진재료, 전기재료, 메탈라이즈(Metalized)등에 광범위하게 사용되고 있다.

특히 최근에는 그래픽용 소재 및 각종 후가공용 소재로 사용되는 경우 기존의 폴리에스테르 필름에 새로운 기능성을 부여하기 위하여, 공중합 폴리에스테르 필름을 제조하거나, 필름 표면에 코로나 처리를 하거나, 화학 물질을 프라이머로 도포하는 방법이 사용되고 있다 이 중에서, 화학물질을 도포하여 필름표면에 새로운 기능을 부가하는 방법이 공업적으로 가장 널리 사용되는 방법이다. 이러한 방법으로 제조된, 필름 표면에 기능성 프라이머가 도포된 폴리에스테르 필름의 기능중대표적인 것으로는 잉크와 폴리에스테르 필름 사이의 인쇄성을 향상시키기 위한 이 인쇄기능, 각종 특수 기능을 가지는 후가공 제품들(예를 들면, OHP용 필름이나 레이져 프린터, 잉크젯프린터용의 그래픽전용 필름이나 디아조용 필름)을 만들기 위해 도포되는 물질들과의 접착성을 부여하는 이접착기능, 각종 포장의 라미네이션에 쓰이기 위한 히트실링(heat-sealing)기능, 각종 그래픽용 필름 및 전자재료 보호용 폴리에스테르 필름의 필수 기능인 대전방지기능, 포장재로서 산소 및 기체 투과도를 줄여주는 기능, 그밖에 폴리에스테르 필름 위에 도포되는 물질들과의 박리를 쉽게 해주는 이형기능 등이 있다.

이축 연신 폴리에스테르 필름은 일반적으로 다음과 같은 방법으로 얻어진다. 폴리에스테르 칩을 300℃이상의 고온에서 용융압출한 후 내부에서 냉각수가 순환되고 있는 캐스팅 드럼을 사용하여 상온 정도로 냉각시켜서 무정형의 폴리에스테르 시이트를 제조한 후에 이를 상하 또는 횡으로 배치된 롤을 사용하여 시이트의 이동 방향과 동일한 방향으로 3배 이상 연신(종연신)시킨 후, 이렇게 연신된 시이트를 열풍으로 예열할 수 있는 텐더 내에서 시이트의 진행 방향과 수직으로 3배 이상 연신(횡연신) 시켜서 이축 연신 폴리에스테르 필름을 제조한다.

그런데, 이러한 방법은 기존의 이축 연신 폴리에스테르 필름을 제조하는데는 적합하나, 근래에 수요가 급증하고 있는 필름표면에 기능성 프라이머가 도포된 폴리 에스테르필름을 제조하는데는 적당하지 않는 것으로 알려졌다.

따라서, 현재 폴리에스테르 필름 후가공 분야에서 공업적으로 널리 사용되고 있는 프라이머-도포된 폴리에스테르 필름을 제조하기 위하여는, 종연신 후에 횡연신에 들어가기에 앞서 앞에서 언급한 이인쇄, 이접착, 히트실링, 대전방지 또는 이형기능 등을 나타내는 에멀젼 상태의 고분자나 수용성 또는 수분산성 고분자를 프라이머로서 도포하는 것이 보통의 방법이다. 즉, 먼저 무정형의 폴리에스테르 시이트를 제조하고 이를 시이트 진행방향으로 종연신시킨 후에 시이트 위에 프라이머를 도포하고, 이를 텐더 내에서 건조함과 동시에 시이트 진행방향과 수직으로 횡연신 시키기에 적당한 온도로 열을 가하여 예열시킨 후 연신시키고, 이를 열경화시켜서 프라이머가 도포된 폴리에스테르 필름을 제조하고 있다.

이러한 종래 방법에서는, 폴리에스테르 시이트에 프라이머를 도포할 때에 매우 희석된 수용액 또는 수분산성 용액을 도포하는 것이 보통이며, 즉 프라이머의 고형분비가 약 1 내지 10 중량%이다. 이렇게 프라이머가 도포된 시이트를 텐더내에서 횡방향으로 3배 정도 연신시키기 위해서는 시이트에 도포된 수용액을 건조시키고, 동시에 시이트를 예열시켜 연신에 적당한 유리 전이 온도 이상으로 가열시켜야 하는데, 종방향으로 연신된 시이트는 무정형 시이트보다는 높은 유리 전이 온도를 가지므로 약 110 내지 130℃로 예열시켜야 한다. 이렇게 건조 및 예열 공정을 거치는 동안 시이트에 도포된 수용액의 건조가 균일해야 함은 물론, 시이트도 균일하게 가열되어야 연신을 균일하게 진행시켜 고품질의 프라이머-도포된 폴리에스테르 필름을 제조할 수 있다.

따라서, 이 문제를 해결하기 위한 개선책으로서, 텐더 직전에 프라이머를 도포한 후 텐더 내에서 열풍에 의해 프라이머가 도포된 폴리에스테르 필름을 건조, 연신시키기 위해서, 기존에 설치된 텐더를 개조하여 텐더 입구의 길이를 길게 함으로써 건조 구간을 길게하여 도포된 수용액의 수분들이 증발될 수 있는 충분한 열량을 공급해주거나, 열풍을 고도하게 불어주어 건조와 동시에 연신시키는 방법을 사용하였다.

그러나, 이러한 방법들은 설비개조에 따른 비용부담 문제 뿐 아니라, 생산공정에서 프라이머 도포 두께차에 의한 건조 조건이 민감하여 제품의 파단이 증가하고 두께 불균일 등의 문제를 일으킬 수 있으며, 도포된 폴리에스테르 필름의 코팅 상태 및 최종 물성에도 나쁜 영향을 줄 가능성이 높아진다. 즉, 종연신을 끝낸 폴리에스테르 필름은 충분히 예열된 상태에서 횡연신이 이루어져야 하는데, 프라이머가 도포된 상태에서는 프라이머에 포함되어 있는 수분을 증발시킨 후 시이트를 예열해야 하기 때문에 충분한 열량이 필름에 전해지기가 어렵다. 이로 말미암아 횡 연신이 충분히 이루어지지 못함으로 인해, 최종 필름의 TD 방향의 각도(Stress at Break)저하와 열수축(Heat Shrinkage)증가를 초래할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 프라이머가 도포된 폴리에스테르 필름을 제조하는데 있어서, 종연신 후에 시이트 위에 프라이머를 도포한 이후 이를 텐더 내에서 건조, 예열하는 기존의 방식을 개선하여, 텐더 내에서 종연신 및 횡연신 후에 프라이머를 도포하여 건조하는 방식을 채택하여 건조 및 예열의 효율을 향상시키고, 최종적으로는 프라이머가 도포된 기능성 폴리에스테르 필름의 품질 향상을 목적으로 한다.

본 발명에 따라서, 프라이머를 도포한 이축 연신 폴리에스테르 필름을 제조함에 있어서, 종연신 및 횡연신한 이축 연신 폴리에스테르 필름을 텐더 내에서 프라이머 도포함을 특징으로 하는, 프라이머가 도포된 이축 연신 폴리에스테르 필름의 제조방법이 제공된다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 프라이머를 도포하기 위한 장치는 폴리에스테르 필름에 기능성 프라이머를 도포하기 위해 사용하는 어떠한 장치도 사용할 수 있으며, 분사형 도포장치를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 텐더 내부에서 횡연신 구간 이후에 상기 프라이머 도포 장치에 덧붙여서 필름 표면 장력을 증가시키기 위한 장치를 더욱 구비할 수 있다.

폴리에스테르 필름에 프라이머를 도포한 후, 이를 열처리하여 건조시켜 최종 프라이머-도포된 이축 연신 폴리에스테르 필름을 수득한다. 열처리 조건은 기능성 프라이머의 종류와 프라이머 층의 두께 등에 따라 선택되는 것으로서 본 발명에서는 한정하지 않는다.

기능성 프라이머로서 사용되는 고분자들은 대부분 아크릴계이거나, 폴리우레탄계, 변성 폴리에스테르계, 폴리스티렌계 또는 PVDC(polyvinylidine chloride)계 등으로서, 열경화성 고분자가 주원료로 사용되고 있는데, 이들을 경화시키기 위해서 경화제로서 보통 멜라민 포름알데히드 수지나 우레아 포름알데히드 수지를 사용한다.

본 발명의 방법은 폴리에스테르 필름에 기능성 부여를 위해 도포되는 어떠한기능성 프라이머를 적용하는 데도 사용할 수 있으나, 대표적인 기능으로서 이인쇄 기능, 이접착기능, 히트실링 기능, 대전방지기능, 산소 및 기체 투과도 감소 기능 및 이활성 등을 들 수 있다.

이제, 본 발명을 프라이머로서 수계 에멀젼 수지 조성물을 필름에 도포함으로써 필름의 표면 특성, 특히 접착성과 이활성이 우수한 이축 연신 폴리에스테르 필름을 제조하는 방법을 제조예로 들어 구체적으로 설명한다.

제조예 : 접착성 및 이활성이 우수한 이축 연신 폴리에스테르 필름의 제조

폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 수지에 유기계 또는 무기계의 입자를 첨가한 것으로 탁도가 10 이하, 바람직하게는 2 이하인 것을 사용한다. 그러나, 유기계 또는 무기계 입자를 첨가하지 않거나 소립자를 미량 첨가한 평탄 투명 필름에도 적용할 수 있다.

프라이머로서 사용되는 조성물은 아크릴계 수용성 또는 수분산성 용액, 유화 또는 현탁 수지 조성물, 아민 관능기를 가진 양이온계 실리콘 에멀젼, 불활성 무기 입자 및 계면활성제를 혼합한 전체 고형분 1 내지 10 중량%의 수계 수지 조성물이다.

아크릴계 수지 조성물은 알킬아크릴레이트와 알킬메타크릴레이트를 주성분으로하고 그 함량은 55 내지 92 몰%이고 이것과 반응가능한 관능기를 갖는 단량체를 8 내지 45 몰% 함유하는 수분산성 수지이다. 반응성 관능기를 갖는 공중합 성분으로는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소-부틸메타크릴레이트, 2-히드록시 에틸메타크릴레이트, 히드록시 프로필 아크릴레이트, 아크릴아미드, 글리시딜 메타크릴레이트, 스티렌, 비닐 아세테이트, 비닐 알콜 또는 그 유도체 등으로 구성된 것 중 선택하여 사용할 수 있다.

아민 관능성기를 가진 양이온계 실리콘 에멀젼은 다음 화학식 1 의 것을 사용한다.

[화학식 1]

(단, R'는 메틸기, 에틸기 또는 히드록시기이고 R"는 탄소수가 1 내지 6이다.)

양이온계 실리콘 에멀젼의 사용량은 아크릴 에멀젼 수지 고형분 농도에 대해 4 내지 55 중량%, 바람직하게는 8 내지 30 중량%를 사용한다. 4 중량% 미만이면 이 활성이 불량하고 55중량% 초과시에는 접착성이 저하되는 결과를 초래한다.

계면활성제는 음이온계, 양이온계, 비이온계 중 어느 것도 사용할 수 있는데, 비이온계 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 계면활성제의 사용량은 아크릴 에멀젼 수지 고형분 농도에 대해 1 내지 35중량%, 바람직하게는 4 내지 16 중량%이다. 1 중량% 미만이면 수지 조성물의 분산이 불량하여 코팅성이 저하되고, 35중량% 초과시에는 접착성이 저하된다.

무기입자는 산화규소, 탄산칼슘, 산화티탄, 알루미나, 카올린, 지르코늄등을 들 수 있다. 그중에서 무기입자의 평균입경은 5 내지 6,000nm, 바람직하게는 20 내지 500nm이며, 무기입자의 모양은 구형인 것이 좋다. 불활성 무기입자의 사용량은 0.01 내지 7중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.2중량%이다. 평균입경 및 사용량이 범위를 벗어나면 접착성과 마찰계수에 나쁜 영향을 미친다.

상기 수지 조성물에 필요에 따라 증점제, 소포제, 윤활제, 산화방지제, pH조절제 등을 첨가할 수 있다.

상기 제조예에 의거하여, 하기 실시예에서 접착성 및 이활성을 향상시키기 위하여 기능성 프라이머를 도포한 이축 연신 폴리에스테르 필름을 제조하고 그 물성을 평가하였다. 물성 평가는 하기 방법으로 얻어졌다.

<평가방법>

1) TD 방향 강도

TD 방향의 강도(파열시 스트레스)는 만능재료시험기를 사용하여 ASTM D882-91을 기준으로 측정하였다. 상세 조건은 다음과 같다.

여기서, 파열시 스트레스는 인장실험시 시료가 파열될 때의 스트레스를 말한다.

2) 열수축

하중을 가하지 않은 상태에서 필름을 150±2℃의 기어 달린 오븐에서 3분간 열수축 시킨다. TD 방향에서의 열수축율을 하기 식에 따라 산출한다.

3) 마찰계수

ASTM D 1984에 따라 마찰계수 측정기(동양정기사 제)를 사용하여 하중 200g을 주고 도포면의 정마찰 및 동마찰 계수를 측정한다.

4) 접착력 평가

CROSS-HATCH 법을 이용하여 표면처리된 필름면에 평가액인 핑크 락카를 도포, 건조시켜 1mm 격자 100 개를 그은 후, 접착용 스카치 테이프 3M 610을 공기가 들어가지 않도록 붙인 후 180 ° 박리시켜(남은 격자수/전체 격자수)×100으로 환산하여 백분율로 나타낸다.

5)탁도(HAZE)

정하여 탁도를 나타내었다.

실시예 1

A) 프라이머 조성물의 제조

메틸메타크릴레이트 49몰%, 에틸메타크릴레이트 37몰%, 에틸아크릴레이트 7몰%, 메타크릴산 7몰%를 유화 중합하여 고형분 46 중량%의 아크릴계 수분산 에멀젼을 제조한 다음, 멜라민 포름알데히드를 10 중량%로 혼합하여 열경화성 수분산 에멀젼을 제조한다. 제조된 아크릴계 수분산 에멀젼 68.6 중량%에 양이온계 실리콘 에멀젼(상기 화학식 1에서 R'가 메틸이고 R"가 메틸렌인 것) 18.2중량%, 무기입자(산화규소) 0.3중량%, 계면활성제(KOREMUL NP-9, (주)한농화성 제) 12.9중량%를 첨가하고 혼합하여 전체 고형분 2.3중량%의 수계 수지조성물을 얻었다.

B) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 280℃의 온도에서 용융압출하고, 냉각수가 순환되고 있는 캐스팅 드럼을 사용하여 상온으로 냉각시켜 무정형 폴리에스테르 시이트를 제조한다. 이 시이트를 롤을 사용하여 3.5배 종연신시킨다. 그 다음, 텐더 내에서 3.5배 횡연신시킨 후, 종연신 및 횡연신된 필름 위에 프라이머로서 상기 A에서 제조한 수계수지조성물을 분사형 도포장치로 도포한다. 도포된 필름을 175℃에서 열처리하여 두께 100μm의 최종 도포 필름을 얻는다.

비교예 1

A) 실시예 1과 동일함.

B) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 280℃의 온도에서 용융압출하고, 냉각수가 순환되고 있는 캐스팅 드럼을 사용하여 상온으로 냉각시켜 무정형 폴리에스테르 시이트를 제조한다. 이 시이트를 롤을 사용하여 3.5배 종연신시킨다. 그 다음, 프라이머로서 상기 A에서 제조한 수계수지 조성물을 분사형 도포장치로 도포하고, 텐더 내에서 3.5배 횡연신시킨다. 도포된 필름을 175℃에서 열처리하여 두께 100μm의 최종 도포 필름을 얻는다.

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 이축 연신 폴리에스테르 필름을 상기 물성 평가 방법 1) 내지 5)에 의거하여 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1 의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 텐더 내에서 폴리에스테르 필름의 연신이 종료되어 폴리에스테르 필름의 물성이 안정된 이후에 프라이머를 폴리에스테르 필름에 분사 도포하는 방법을 사용함으로써, 도포된 프라이머가 텐더 내에서 건조시 파단이 발생하기 어려우며, 도포에 따른 생산공정을 단순화할 수 있어 작업성이 향상되고 생산공정이 안정되어 효율이 향상될 뿐 아니라, 도포된 폴리에스테르 필름의 코팅상태 및 최종 물성이 크게 향상된다.

Claims (3)

1. 기능성 프라이머를 도포한 이축 연신 폴리에스테르 필름을 제조함에 있어서, 종연신 및 횡연신한 이축 연신 폴리에스테르 필름을 텐더 내에서 프라이머로 도포함을 특징으로하는 프라이머가 도포된 이축 연신 폴리에스테르 필름의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 프라이머를 도포하는 장치는 분사형 도포 장치인 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항으로 제조된, 프라이머가 도포된 이축 연신 폴리에스테르 필름.