KR100460734B1 - 열가소성 수지 필름 제조 방법 - Google Patents

Abstract

폴리에스테르 수지를 용융압출하고 미연신 쉬트를 종방향 및 횡방향으로 연신한 후 열처리에 의해 열고정하는 단계를 포함하는 열가소성 수지 필름의 제조 방법에 관한 것으로, 횡연신 공정으로 발생되는 필름의 활모양 휘어짐 현상과 필름의 폭방향 부위별 물성이 불균일화를 개선하기 위하여 공기 커튼(air-curtain)방법의 도입과 필름 주행 속도에 대한 공기의 분출속도비 조절을 특징으로 하는 열가소성 수지 필름을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

열가소성 수지 필름 제조 방법 {The Processing Method of Thermoplastic resin sheet}

본 발명은 횡방향으로 필름의 물성이 균일한 열가소성 수지 필름의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 횡연신기(tenter)에서의 열처리를 통하여 횡연신 및 열고정되는 과정에서 발생하는 필름의 활모양 휘어짐(bowing) 현상을 억제하여 횡방향으로 균일한 물리화학적 성질을 갖는 열가소성 수지 필름의 제조방법에 대한 것이다.

상기와 같은 필름은 포장용, 기록매체용, 공업용 및 기타용도로 사용되고 있기 때문에 필름의 폭 부위별로 동등한 물성을 갖는 제품의 생성이 절실하게 요구되어져 왔다.

필름의 물성, 예를 들면, 열수축율, 기계적 강도 및 밀도가 폭방향 부위별로 불균일한 경우, 코팅, 증착, 재단, 인쇄 등과 같은 후공정 처리시 표면의 찌그러짐과 같은 결함을 발생시켜 최종 제품의 품질을 저하시키는 폐해가 발생한다.

그러므로 필름의 후가공상 허용되는 폭방향 부위별 균일성을 만족시키기 위해서는 필름의 수율이 저하하는 단점이 있다.

따라서 제품수율을 저하하지 않고 최종 제품의 품질을 향상시키기 위해 폭방향 부위별로 균일한 물성을 갖는 필름을 제조하는 것이 시급하다고 하겠다.

그러나 종래의 제조 방법의 경우, 횡연신기 내에서 필름의 양쪽 단부를 클립이 잡고 있는 바, 종방향 연신시 발생된 종방향 잔류응력과 횡방향 연신시 발생되는 종방향 잔류응력, 열고정시 야기되는 수축 응력에 대하여 필름 단부는 그 변형이 구속되는 반면, 필름의 중앙부는 클립의 영향이 적어 변형에 대한 구속력이 상대적으로 약하다.

따라서 횡연신기 내에서 양쪽 단부와 중앙부 사이의 구속력의 차이로 중앙부가 필름의 진행 방향의 반대 방향으로 밀려서 발생하는 필름의 활모양 휘어짐(bowing) 현상은 이축연신과 열고정의 과정에서 수반되는 필름 제조 공정상 피할 수 없는 문제가 되는데, 이러한 필름의 활모양 휘어짐 현상은 필름의 폭방향 부위별 물성 불균형을 발생시키는 원인이 되기 때문에 종래의 제조 방법으로는 필름의 횡방향 물성의 균일화가 극히 곤란하였다.

상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 여러가지 방법이 시도되어 왔다.

예를 들면, 일본 특허 공고 소64-29214호는 가열롤을 사용하여 열처리하는 방법을 개시하고 있으나, 가열롤에 의해 양쪽 단부가 구속되지 않고 열처리 됨으로써 폭수축을 일으키는 단점이 있으며, 일본 특허 공고 소67-9273호는 필름의 횡방향으로 온도 구배를 이용하여 열처리를 수행하고, 일본 특허 공개 제 87-183327 및 동 제 87-183328호에서는 풍속 및 풍량의 변화 및 필름 양단부의 강제 가열과 같은 방법으로 열처리 처리 공정을 행하였으나, 이러한 열처리 방법은 설비의 복잡화 및 조건 조정 시간의 장기화에 따른 유효 가동률의 저하와 같은 단점을 갖는다.

또한 일본 특허 공고 제 88-24456호는 닙롤에 의해 필름의 중앙부위를 강제적으로 전진시키는 방법을 사용하고 있으나, 이들 두가지 방법은 모두 고온에서 롤과의 접촉으로 인한 필름의 손상이 치명적이라는 문제를 안고 있다.

한편, 일본 특허 공개 제 91-130126, 동 제 91-130127, 동 제 92-142916 및동 제 92-142917호에서는 횡연신 공정 후 냉각공정을 부가하는 열처리 방법을 이용하고 있으나, 전체 폭 길이보다 긴 구간에서 냉각 처리를 수행함에도 불구하고 필름의 활모양 휘어짐 현상을 감소시키는 효과가 거의 없을 뿐만 아니라 설비의 비용 증가 및 에너지의 낭비 등으로 인하여 생산성이 저하되는 단점이 있다.

또한 일본 특허 공개 제86-8324 및 동 제 89-204723호는 횡연신기 내에서 횡연신 공정 후 필름의 전체 폭에 승온 처리를 부가하는 열처리 방법을 개시하고 있으나, 이 방법의 경우 필름 전체 폭에 대해 균일하게 열처리를 수행하기 ??문에 횡방향의 변형 구속력의 편차를 줄일 수 없다는 문제점이 있으며, 일본 특허 공고 제 97-10453호에서는 노즐의 분출 각도를 조절하는 방법이 개시되어 있으나 일률적으로 경사진 공기분출에 의하여 횡연신기 내에서의 공기 흐름에 악영향을 미쳐 열처리공정이 불안정해지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 고려하여, 횡연신기 내에서 공기 노즐 분출 각도를 조절하는 방법에 있어서, 열고정부 내의 공기의 흐름을 안정화시킴으로써 필름의 폭방향 부위별 변형 구속력 편차를 줄여서 필름의 활모양 휘어짐 현상이 현저히 개선된 열가소성 수지 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡연신기 열고정부의 열처리 장치의 측면도

도 2는 열고정부 노즐 출구 확대도

도 3은 열고정부 마지막 노즐 출구 확대도

도 4는 활모양 휘어짐 현상 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,20 : 노즐 11,21 : 열풍 팬

12,22 : 노즐 출구 12',22' : 노즐 출구 중심선

31 : 횡연신기 입구에서 필름의 표면에 횡방향으로 그려진 일직선

32 : 횡연신기를 빠져 나온 다음 활모양으로 휘어진 모양

A : 열처리 장치 F : 열가소성 수지 필름

F' : 필름의 수직선 W : 열가소성 수지 필름(F)의 폭(㎜)

b : 기준 직선(31)로 부터 활모양의 정점까지의 거리(mm)

θ : 노즐의 공기 분출 각도 θ' : 마지막 노즐 출구의 공기 분출 각도

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열가소성 수지 필름의 제조 방법은, 중합 반응에 의하여 생성된 중합체 칩을 건조 공정을 거친 다음, 용융압출시켜 쉬트를 성형한 후 종방향 및 횡방향으로 연신시켜 얻은 필름을 횡연신기에서 열고정하는 구간에 노즐을 설치하여 노즐을 통해 필름으로 공기를 분출하여 열처리 공정에서의 변형에 대한 구속력이 필름 전체에 걸쳐 동일한 필름을 제조하는 방법에 있어서, 열고정 구간의 마지막 노즐의 공기 분출 각도를 노즐 출구 중심선과 필름의 수직선이 이루는 각도(θ)가 필름의 진행 방향과 반대 방향으로 30도이상 되도록 공기 분출 각도를 조절하고 공기 분출 속도를 필름의 주행 속도에 3배 이상으로 하여 횡연신내의 기류를 안정화 시키는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 자세히 설명하기로 한다.

제 1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡연신기에서 연신된 필름을 열고정하는 열고정부 열처리 장치를 도시한 측면도로서, 종방향 및 횡방향으로 연신된 열가소성 수지 필름(F)은 열처리 장치(A)에 도입되어 상기 장치의 중심부를 따라 진행하면서 노즐(10)(20)의 열풍 팬(11)(21)에 의해 노즐 출구(12)(22)로 부터 분출되는 공기에 의해 열고정되도록 하였다.

제 2도는 열고정부 노즐 출구(12)를 확대하여 도시한 확대도로 노즐의 공기 분출 각도(θ)는 노즐 출구 중심선(12')과 필름의 수직선(F')이 이루는 각도를 의미한다.

제 3도는 열고정부 마지막 노즐 출구를 확대하여 도시한 확대도로 노즐의 공기 분출 각도(θ')는 노즐 출구 중심선(22')과 필름의 수직선(F')이 이루는 각도를 의미한다.

제 4도는 활모양 휘어짐 현상 도면으로, 횡연신기 입구에서 먹줄을 이용하여필름의 표면에 횡방향으로 그려진 일직선(31)이 횡연신기를 빠져 나온 다음 활모양으로 휘어진 모양(32)을 나타내며 부호b는 기준 직선(31)로 부터 활모양의 정점까지의 거리(mm)를 나타내고 부호W는 필름(F)의 폭(㎜)을 나타낸다.

본 발명의 특징은 연신된 필름을 열고정하는 구간에서 노즐을 통해 필름으로 공기를 분출시킬 때 노즐의 공기 분출 각도(θ)가 필름의 진행 방향으로 30도 이상, 바람직하게는 45 내지 60도 이고, 동시에 마지막 노즐의 공기 분출 각도(θ')가 필름의 진행 방향과 반대 방향으로 향하도록 하되, 나머지 노즐과 동일한 각도를 갖도록 함으로써 필름과 분출 공기와의 상대 속도 차이에 의해 발생하는 필름의 진행 방향으로의 전단력에 의해 필름의 진행 방향과 반대 방향으로 작용하는 수축력이 상쇄되어 활모양 휘어짐 현상이 감소됨과 동시에 열고정 구간에서 냉각 구간으로 넘어가는 고온 공기를 차단함으로써 횡연신기 내에서의 기류 안정성을 유지할 수 있다.

노즐의 공기 분출 각도(θ)가 필름의 진행 방향으로 30도 미만인 경우에는 필름의 진행 방향으로의 전단력이 충분하지 않으며, 열고정 구간의 제일 마지막 노즐의 공기 분출 각도(θ')가 필름의 진행 방향과 반대 방향으로 30도 이하인 경우에는 공기 차단 효과가 저하되어 열고정 구간의 고온 공기가 냉각 구간으로 넘어가게 됨으로써 횡연신기 내의 기류 안정성을 해치게 된다.

여기서 공기의 분출 속도는 필름의 진행 속도의 3배 이상이어야 하며, 바람직하게는 4 내지 6배의 범위에서 열처리할 때 폭방향 부위별로 물성이 균일한 이축연신 필름을 얻을 수 있다.

공기의 분출 속도가 필름의 진행 속도의 3배 미만인 경우에는 공기의 분출 속도가 너무 낮아 주행 필름으로 충분한 전단응력이 작용하지 못한다.

본 발명의 열가소성 수지로는 호모폴리머, 코폴리머 또는 이들의 혼합 폴리머 등이 적용될 수 있으며, 폴리에틸렌 테레플탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 폴리테트라메틸렌-2,6-나프탈렌카복실레이트, 액정 폴리에스테르와 같은 폴리에스테르계 및 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 나일론, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리페닐설파이드 등이 바람직하게 적용될 수 있다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 자세하게 설명하기로 하나, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예로 인하여 제한 되는 것은 아니다.

<실시예 1>

디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 1 대 1의 비율로 혼합하여, 에스테르 교환반응에 의해 얻어진 단량체를 중축합 반응시켜 생성된 고유 점도가 0.64㎗/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 290℃에서 용융압출시켜서, 직경이 0.8m이고 냉각수의 온도가 20℃로 유지되는 냉각롤상에서 두께 6000㎛의 쉬트를 형성한다. 다음에 냉각 성형된 쉬트를 통상의 방법으로 100℃에서 종방향 3.5배의 배율로 종종방향연신을 시키고, 이어서 통상의 방법으로 110 내지 120℃의 온도 범위에서 횡방향으로 4.5배 횡방향 연신시킨 필름을 도 1에 도시된 바와 같은 열처리 장치에 도입시켜 노즐의 공기 분출 각도(θ)를 필름(F)의 진행 방향으로 30도가 되도록 하고 열처리 장치 제일 마지막 노즐의 공기 분출 각도(θ')를 필름(F)의 진행방향에 대해 반대 방향으로 30도가 되도록 하고, 분출 되는 공기의 온도를 220℃로 하며, 필름의 주행 속도를 4m/분 및 공기의 분출 속도를 15m/분으로 조정하여 열고정 처리를 한 다음, 50 내지 100℃의 온도로 냉각 처리하여 이축 연신 폴리에스테르 필름을 얻고, 생성된 필름의 활모양 휘어짐량, 폭방향 부위별 비중 변화량 및 두께 변화율을 측정하여 표1로써 나타내었다.

<실시예 2>

실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 노즐의 공기 분출 각도(θ)를 필름(F)의 진행 방향으로 45도가 되도록 하고 열처리 장치 제일 마지막 노즐의 공기 분출 각도(θ')를 필름(F)의 진행 방향에 대해 반대 방향으로 45도가 되도록 하고 공기의 분출 속도를 18m/분으로 조정하여 이축 연신 폴리에스테르 필름을 얻고, 생성된 필름의 활모양 휘어짐량, 폭방향 부위별 비중 변화량 및 두께 변화율을 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.

<실시예 3>

실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 노즐의 공기 분출 각도(θ)를 필름(F)의 진행 방향으로 60도가 되도록 하고 열처리 장치 제일 마지막 노즐의 공기 분출 각도(θ')를 필름(F)의 진행 방향에 대해 반대 방향으로 60도가 되도록 하고 공기의 분출 속도를 20m/분으로 조정하여 이축 연신 폴리에스테르 필름을 얻고, 생성된 필름의 활모양 휘어짐량, 폭방향 부위별 비중 변화량 및 두께 변화율을 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.

<비교실시예 1>

실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 노즐의 공기 분출 각도(θ)를 필름(F)의 진행 방향으로 0도가 되도록 하고 열처리 장치 제일 마지막 노즐의 공기 분출 각도(θ')를 필름(F)의 진행 방향에 대해 반대 방향으로 0도가 되도록 하여 이축 연신 폴리에스테르 필름을 얻고, 생성된 필름의 활모양 휘어짐량, 폭방향 부위별 비중 변화량 및 두께 변화율을 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.

<비교실시예 2>

실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 열처리 장치 제일 마지막 노즐의 공기 분출 각도(θ')를 필름(F)의 진행 방향에 대해 반대 방향으로 0도가 되도록 하여 이축 연신 폴리에스테르 필름을 얻고, 생성된 필름의 활모양 휘어짐량, 폭방향 부위별 비중 변화량 및 두께 변화율을 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.

<비교실시예 3>

실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 공기의 분출 속도를 5m/분으로 조정하여 이축 연신 폴리에스테르 필름을 얻고, 생성된 필름의 활모양 휘어짐량, 폭방향 부위별 비중 변화량 및 두께 변화율을 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.

구분	노즐의 공기분출 각도(θ)	마지막 노즐의공기 분출각도(θ')	필름 주행 속도에 대한공기 분출속도 비(比)	활모양휘어짐량(%)	비중변화율(%)	두께변화율(%)
실시예 1	+30	-30	3.75	3.9	0.05	2.6
실시예 2	+45	-45	4.50	3.3	0.06	2.5
실시예 3	+60	-60	5.00	3.4	0.05	2.5
비교예 1	0	0	3.75	6.4	0.14	3.4
비교예 2	+30	0	3.75	3.3	0.16	3.6
비교예 3	+30	-30	1.25	5.6	0.11	3.3

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- 활모양 휘어짐량

상기 도 4에 도시된 바와 같이 횡연신기 입구에서 먹줄을 이용하여 필름의 표면에 횡방향으로 그려진 일직선(31)이 횡연신기를 빠져 나온 다음 활모양으로 휘어진 모양에 대해 활모양 휘어짐량(B)는 기준 직선(31)로 부터 활모양의 정점까지의 거리(mm)를 b라고 하고, 필름(F)의 폭(㎜)을 W라고 할 때 수학식 1에 의해 계산되어진다.

- 폭방향 부위별 비중 변화율

필름의 폭방향으로 균일한 간격으로 10점을 취하여 밀도 구배관법에 의해 ASTM D1505의 조건에 따라 먼저 비중을 구한 다음 수학식 2에 의해 계산하였다.

- 폭 부위별 두께의 변화율

두께 측정기 (미국 윈젠(Winzen)사 제품)을 사용하여 필름의 폭방향으로 10㎜간격으로 두께를 측정한 다음 수학식 3에 의해 계산하였다.

실시예 1 내지 실지예 2및 비교실시예 1 내지 비교실시예 2와 같은 방법으로 제조한 반응 조건 및 상기의 시험 방법에 의하여 측정한 결과는 표1의 내용과 같으며, 본 발명의 방법에 의하여 노즐의 공기 분출 각도(θ)를 필름(F)의 진행 방향으로 30도 이상이 되도록 하고 열처리 장치 제일 마지막 노즐의 공기 분출 각도(θ')를 필름(F)의 진행 방향에 대해 반대 방향으로 30도 이상이 되도록 하며, 공기의 분출 속도를 필름의 주행 속도에 비해 3배 이상이 되도록 조절한 실시예 1 내지 실시예 3인 경우, 비교실시예 1 내지 비교실시예 3의 결과에 비하여 활모양 휘어짐이 감소하고 두께 변화율과 같은 폭방향 부위별 물성의 균일성이 우수할 뿐만 아니라, 공기 분출 각도가 45 내지 60도이고 필름 주행 속도에 대한 공기 분출 속도 비가 4 내지 6인 실시예 2 및 실시예 3의 경우 공기 분출 각도가 30도이고 필름 주행 속도에 대한 공기 분출 속도 비가 3인 실시예 1보다 활모양 휘어짐의 개선이 우수함을 알수 있고, 필름의 표면에 대해 수직으로 공기를 분출시키는 종래의 열고정 방법에 의해 처리한 비교실시예 1의 경우에는 활모양 휘어짐량이 증가되고 비중 변화율과 두께 변화율과 같은 폭방향 부위별 물성의 균일성이 떨어진 것으로 측정되며, 필름의 진행방향으로 분사된 고온의 공기가 냉각 구간으로 넘어가는 비교실시예 2의 경우에는 활모양 휘어짐 현상은 개선되었으나 횡연신기 내의 기류가 불안정하여 폭방향으로의 물성이 불균일하고, 필름 주행 속도에 대한 공기의 분출속도비가 3배 미만으로 조절된 비교실시예 3의 경우에는 공기의 분출 속도가 너무 낮아 주행 필름으로 충분한 전단응력이 작용하지 못하기 때문에 활모양 휘어짐양 개선 뿐만 아니라 폭방향 부위별 물성 균일성이 떨어진 것으로 측정되었다.

따라서, 본 발명의 제조 방법은 노즐의 공기 분출 각도와 공기 분출 속도를 조절함으로써, 필름의 열처리 횡연신기 내의 기류가 안정화되고, 주행 필름에 전단응력을 부여하여 활모양 휘어짐 현상 개선과 폭방향 부위별 물성의 균일성이 우수한 열가소성 수지 필름의 제조에 특히 적합한 방법인 것이다.

Claims (3)

1. 횡연신기 내의 열고정 구간에서 공기 노즐을 통해 분출되는 공기로써 열처리하는 열가소성 필름 제조방법에 있어서, 열고정부 열처리 장치의 노즐 출구 중심선(12')과 필름의 수직선(F')이 이루는 노즐 분출 각도(θ)를 필름(F)의 진행 방향과 동일하도록 하되, 마지막 노즐에 대한 노즐 분출 각도(θ')를 필름(F)의 진행 방향에 대해 반대 방향이 되도록 하고, 공기의 분출 속도를 필름의 주행 속도의 3배 이상이거나 노즐 분출 각도(θ)와 마지막 노즐 분출 각도(θ')가 30도 이상인 것을 특징으로 하는 열가소성 필름 제조방법
2. 제 1항에 있어서, 노즐 분출 각도(θ)와 마지막 노즐 분출 각도(θ')가 45도 내지 60도인 것을 특징으로 하는 열가소성 필름 제조방법
3. 제 1항에 있어서, 공기의 분출 속도를 필름의 주행 속도의 4배 내지 6배인것을 특징으로 하는 열가소성 필름 제조방법