KR100572992B1 - 적층 폴리에스테르 필름 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복굴절률이 0.04 이상이고, 종방향 신도가 100 내지 150%인 적층 폴리에스테르 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 적층 폴리에스테르 필름은 개선된 인열특성 및 인장특성을 가지며, 제막시나 후가공시에도 파단이 발생하지 않고, 노치(notch) 가공을 하지 않아도 절단이 용이하여 포장용 및 접착 테이프용으로 유용하게 사용할 수 있다.

Description

적층 폴리에스테르 필름 및 그 제조방법{LAMINATED POLYESTER FILM AND PREPARATION OF SAME}

본 발명은 개선된 인열특성을 갖는 적층 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 노치(notch) 가공을 하지 않아도 절단이 용이한 포장용 및 접착 테이프용 적층 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

종래에는 개봉성 포장용 및 점착 테이프용으로서 셀로판 필름이 널리 사용되어왔다. 그러나 셀로판 필름은 제조 공정상 환경 오염을 유발할 가능성이 높아서 그러한 오염을 방지하기 위해서 생산 공정 자체에 많은 제한이 따를 뿐 아니라, 환경 오염 방지를 위한 설비 투자로 인하여 제조 단가가 높다는 단점이 있어 점차 다른 합성수지 필름으로 대체되고 있는 추세이다. 따라서, 최근에는 기계적, 화학적 특성이 우수하고 환경친화성 및 식품 안정성을 겸비한 폴리에스테르 필름에 대한 관심이 커지고 있다.

현재 셀로판 필름을 대체하여 사용되는 필름으로서 이축 연신 폴리프로필렌 필름에 노치 가공을 한 제품들이 개발되어 있으나, 일반적인 폴리에스테르 이축 연 신 필름은 폴리프로필렌 필름과 마찬가지로 기계적 특성은 좋지만, 절단성이 나빠서 노치 가공을 하여야만 개봉성 포장 용도로 사용할 수 있는 문제점이 있다.

노치 가공한 일반적인 이축 연신 폴리에스테르 필름은 외부 접힘 부위때문에 완제품의 외관이 좋지 않고, 부피가 커 보이며 취급시 노치 부위에 의해 포장이 찢어지는 단점들이 있다.

일본특허출원공개 소50-74637호는 횡방향 인열성 점착 테이프에 관한 것으로서, 폴리에스테르의 일축 연신필름을 제안하고 있으나, 횡방향의 고배향 방향성을 갖기 때문에 종방향의 기계적 강도가 불충분하여 필름 제막 공정이나 포장용 후가공 작업시에 필름의 파단이 발생하는 등의 문제점이 있다.

또한, 일본특허출원공개 소51-19049호는 융점 180℃ 이상인 이염기산(단, 이염기산의 85몰% 이상은 테레프탈산)의 잔기와 글리콜의 잔기로 구성된 폴리에스테르 95 내지 30 중량% 및 고유점도 0.35 이하의 저중합 폴리에스테르 5 내지 70 중량%로 이루어진 점착 테이프용 이축 배향 필름을 개시하고 있으나, 서로 다른 중합도의 폴리에스테르 수지를 같이 사용함으로 인해 필름 두께 불균일 현상이 발생하고, 25㎛ 이하의 비교적 얇은 두께이기 때문에 후가공 공정에서 포장용으로 제조하는 과정에서 찢어지기 쉬운 문제점 등이 있다.

대한민국 특허 공개 특2001-0046253에서는 변성 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 혼합한 이축 연신 폴리에스테르 필름을 제공하고 있는데, 필름 제막 또는 후가공 공정시 파단이 발생하지 않으며 종방향 인열강도는 우수하지만, 횡방향으로 인열성을 요구하는 제품에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인열특성이 우수하고 적당한 인장특성을 가지고 있어서 노치 가공을 하지 않아도 절단이 용이하며, 후가공시에도 파단이 발생하지 않아서 안정적으로 필름을 제조할 수 있는 폴리에스테르 필름 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 복굴절률이 0.04 이상이고, 종방향 신도가 100 내지 150%인 적층 폴리에스테르 필름을 제공한다.

본 발명의 적층 폴리에스테르 필름에서, 고유점도의 차이가 0.05 ㎗/gr 이상인 고점도층(제1필름층)과 저점도층(제2필름층)을 포함하고, 둘 이상의 필름층으로 이루어지며, 각 필름층의 유리전이온도가 60℃ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 적층 폴리에스테르 필름에서, 고점도층(제1 필름층)과 저점도층(제2 필름층)의 두께비가 1:1 내지 10 인 것이 바람직하다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 고유점도가 다른 둘이상의 폴리에스테르 시트를 적층한 후 횡방향으로 일축 연신하고, 100 내지 150℃의 온도에서 열처리하는 것을 포함하는 적층 폴리에스테르 필름의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 적층 폴리에스테르 필름의 제조방법에서, 횡방향 연신비가 2배 이상인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

폴리에스테르 필름의 굴절률은 분자 구조의 배향의 정도를 나타내며, 배향의 정도는 필름 연신 공정에서의 연신비와 연신 온도와 같은 공정 조건에 의해 대부분 결정된다. 그리고, 필름의 배향 정도 및 결정화 정도에 따라 폴리에스테르 필름의 강도나 신도와 같은 기계적 특성이 대부분 결정된다.

복굴절률은 필름의 횡방향 굴절률에서 종방향 굴절률을 뺀 값으로서, 폴리에스테르 필름의 복굴절률이 0.04 이상이면 분자들이 횡방향으로 가지런히 배향되어 있어 우수한 횡방향 인열특성을 가지게 된다. 복굴절율이 클수록 인열의 방향성이 향상되므로 그 범위의 상한선은 중요한 의미를 갖지 않는다. 만약 복굴절률이 0.04 미만이면 분자들의 일부가 종방향으로 배향되어 횡방향 인열시 인열을 방해하는 원인이 되어 인열특성이 저하된다.

또한, 종방향 신도가 100% 이상 150% 이하인 폴리에스테르 필름은 적절한 종방향 신도를 가지고 있어서 필름의 후가공시 받는 인장력(tension)에도 저항할 수 있으므로 파단이 쉽게 발생하지 않는다. 그러나 만약 필름의 종방향 신도가 100% 미만이면 작은 인장력에도 필름이 조금 늘어나다가 곧 파단이 발생하게 되어 가공이 불가하거나 작업 손실을 가져오게 된다. 또한 종방향 신도가 150%를 초과하는 경우에는 인장력을 받을 경우, 필름이 늘어나기만 하고 인열성은 없어서 점착 테이프용 또는 포장용 필름에 적용할 수 없다.

본 발명의 폴리에스테르 필름은 방향족 디카르복실산을 주성분으로 하는 산성분과 알킬렌글리콜을 주성분으로 하는 글리콜 성분을 중축합하여 얻은 수지를 시 트 상으로 압출한 후 일축-연신하여 제조될 수 있다. 방향족 디카르복실산의 구체적 예로는 디메틸테레프탈레이트를 들 수가 있으며, 그들의 성질을 크게 변화시키지 않는 범위 내에서 다른 방향족 디카르복실산 성분을 공중합 시킬 수 있다. 공중합되는 방향족 디카르복실산의 구체적인 예로는 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 디메틸이소프탈레이트 등을 들 수 있다.

알킬렌글리콜의 구체적인 예로는 에틸렌글리콜을 들 수가 있으며, 그들의 성질을 크게 변화시키지 않는 범위 내에서 다른 글리콜 성분을 공중합시킬 수 있다. 공중합되는 글리콜 성분의 구체적인 예로는 디에틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 2,2-디메틸(-1,3-프로판)디올 등을 들 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르 필름을 제조하기 위한 수지 중합시에 첨가제, 예를 들면 중축합 촉매, 분산제, 정전인가제, 대전방지제, 자외선 차단제, 블로킹방지제 및 기타 무기활제를 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위내에서 첨가하여도 무방하다. 또한 필름 표면의 정전기 제거를 위하여 공지의 코팅용 대전방지 또는 슬립 처리를 하여도 무방하다.

다만, 디카르복실산과 알킬렌글리콜을 공중합할 때에는 최종 폴리에스테르 수지의 유리전이온도는 반드시 60℃ 이상이어야 한다. 만약 최종 폴리에스테르 수지의 유리전이온도가 60℃보다 낮으면 과도한 공중합 반응이 일어날 수 있으며, 이로 인해 폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트 고유의 우수한 기계적 특성과 열적 특성이 상실될 수 있으므로 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 적층 필름은 고유점도의 차이가 0.05 ㎗/gr 이상인 두 개 이상의 필름이 적층된 것이 바람직하다.

폴리에스테르 필름은 고유점도에 따라 결정화 속도가 달라지는데, 고유점도가 작을수록 단분자의 크기가 작고 일정 온도에서 이동성이 커지므로 결정을 이루는 속도가 커지게 된다. 따라서, 동일 열량을 주었을 경우, 저점도의 폴리에스테르 필름은 고점도의 폴리에스테르 필름보다 더욱 빨리 결정화가 진행된다.

두 필름 층간에 고유점도차가 0.05㎗/ml 이상이면 일정 열량 조건에서 저점도층은 결정화가 많이 진행되고 고점도층은 결정화가 상대적으로 적게 진행된다. 결정화가 많이 진행된 저점도층에서는 분자들이 횡방향으로 가지런히 배향되게 되며 우수한 횡방향 인열특성이 나타난다. 그러나, 너무 높은 인열특성을 가지는 필름은 인장특성이 취약하여 적은 힘에도 쉽게 파단이 발생하는 단점이 있다. 반면, 결정화가 상대적으로 적게 진행된 고점도층에서는 분자들이 적게 배향되어 적당한 인열특성을 가지게 된다.

따라서 인열특성은 적당하고 인장특성이 향상된 고점도층과, 인열특성이 우수하나 인장특성이 취약한 저점도층으로 이루어진 필름은 전체적으로 인열특성도 우수하며 향상된 인장특성을 가지게 된다. 그러나, 두 층간에 고유점도차가 0.05 ㎗/ml미만이 되면 두 층간의 결정화 속도가 크게 차이나지 않으므로 동일한 열량 조건에서 두 층은 동일한 결정화도를 가지게 되어 우수한 인열특성 또는 우수한 인장특성 중에 하나만 가지는 필름이 된다.

본 발명의 적층 폴리에스테르 필름에서, 고점도층(제1 필름층)과 저점도층( 제2 필름층)의 두께비가 1:1 내지 10인 것이 바람직한데, 고점도층에 대한 저점도층의 두께의 비가 1 미만인 경우에는 인열특성에 주도적인 영향을 주는 저점도층의 비율이 적어 적층필름의 인열성이 저하되어 바람직하지 못하고, 10을 초과하는 경우에는 인장특성에 영향을 주는 고점도층의 비율이 너무 적어 필름의 인장력이 저하되므로 바람직하지 못하다.

본 발명의 적층 필름은 서로 다른 고유점도를 갖는 제1 필름층 및 제2 필름층 시트를 예를 들면, 티-다이(T-die)를 통과시키는 방법으로 적층한 다음, 2배 이상의 연신비로 횡연신을 행하고 난 후, 100℃ 이상 150℃ 이하의 온도에서 열처리하여 제조될 수 있다. 횡방향 연신비가 2배 미만인 경우에는 분자들의 배향성이 나타나지 않아서 인열의 방향성이 부족하므로 바람직하지 못하다.

연신된 폴리에스테르 필름은 열처리에 의해 결정화가 대부분 진행되며 이 과정에서 배향된 분자들이 유동성을 가져 패킹(packing)하게 됨으로써 필름에 인열특성이 부여된다. 1축 연신된 필름은 분자들이 한 방향으로만 배향되어 있어 유동성이 크므로 열처리 온도 100℃ 이상 150℃ 이하에서 충분히 결정화가 진행된다. 바람직하게는 110℃~130℃에서 열처리하는 것이 좋다. 만약 100℃ 미만의 온도에서 열처리하면 필름의 결정화가 진행되지 않아 필름의 신도가 커지며 늘어나는 성질을 가지게 되어 인열성이 매우 불량하다. 또한 150℃ 초과의 온도에서 열처리하면 필름이 과다한 열량을 받게 되어 제막시 파단이 발생하므로 필름을 제조할 수 없다.

이상과 같이 제조된 본 발명의 일축연신 적층 폴리에스테르 필름은 인열성이 우수하므로 접착 테이프, 포장용기로 사용될 수 있고 또한, 향상된 인장특성을 가 지므로 제막시 또는 후가공시에도 파단이 발생하지 않는 특성을 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

디메틸테레프탈레이트 100몰에 대하여 에틸렌글리콜 180몰을 증류기가 부착된 오토클레이브에 투입하고, 에스테르 교환반응 촉매인 초산망간을 디메틸테레프탈레이트 대비 0.05중량%가 되도록 150℃에서 투입하였다. 120분동안 220℃까지 승온시키면서 부산물인 메탄올을 제거하며 반응을 진행시켰다. 에스테르 교환반응이 종료된 후 안정제로서 트리메틸포스테이트를 디메틸테레프탈레이트 대비 0.045 중량%, 블로킹 방지제로서 평균입경 2㎛인 이산화규소를 디메틸테레프탈레이트 대비 0.1 중량%가 되도록 투입하고, 10분 후 중합촉매로서 안티모니트리옥사이드를 디메틸테레프탈레이트 대비 0.03 중량%가 되도록 투입하고 5분 후 진공설비가 부착된 제2 반응기로 이송하였다. 제2 반응기에서 상기 반응 혼합물을 280℃에서 약 140분간 중합하여 고유점도가 0.64㎗/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리머(Tg 78℃) A를 얻었다. 그리고, 위와 같은 과정을 동일하게 실시하여 고유점도가 0.55㎗/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리머(Tg 75℃) B를 얻었다.

상기와 같이 제조된 폴리에스테르 수지 A를 280℃로 용융 압출하고, 동시에 다른 하나의 압출기에서 폴리에스테르 수지 B를 280℃로 용융 압출한 후, 폭 820mm 의 티-다이(T-die)를 사용하여 30℃로 냉각된 냉각롤에 통과시켜서 폭 780mm, 두께 70㎛의 무정형 적층 폴리에틸렌 필름 시트를 얻었다. 이렇게 얻어진 무정형 시트를 90℃의 텐터 내에서 3.5배로 횡연신한 뒤, 130℃의 온도에서 열고정하여 두께 20㎛의 일축-연신 적층 필름을 얻었다.

<시험예>

일축-연신 폴리에스테르 필름에 대한 물성측정 및 성능평가는 다음과 같이 실시하였다.

① 굴절률은 아베(ABBE) 굴절계를 이용하여 종방향 및 횡방향의 굴절률을 측정하였다.

② 복굴절율은 다음 식으로 계산하였다. nx는 종방향의 굴절율, ny는 횡방향의 굴절율을 의미한다.

* 복굴절율 = ny-nx

③ 인장강도/신도는 만능시험기 사용하여 측정하였으며(ASTM D882), 측정조건은 시료길이 50mm, 폭 15mm, 상온(23℃±2℃), 인장 속도 200mm/min에서 실시하였다.

④ 유리전이온도(Tg)는 시차열분석기 (퍼킨엘머사 DSC-7)를 이용하여 승온 속도 20℃/분으로 하여 측정하였다.

⑤ 고유 점도는 o-클로로페놀 25㎖에 중합체 0.3 gr을 용해시킨 후 35℃에서 오스트왈드(Ostwald) 점도관을 사용하여 상대점도를 측정한 후 하기식에 의해 고유 점도를 계산하였다.

* 고유점도 = 0.536×상대점도 - 0.3744

상기 방법으로 제조된 필름의 고유점도차, 복굴절률, 종방향 신도와 같은 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.

<실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 5>

표 1에 제시된 바와 같이 조건을 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연신 필름을 얻었다. 제조된 필름의 물성 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

평가 결과, 실시예 1 내지 4의 필름은 복굴절율이 0.04 이상이고(0.05 내지 0.09) 종방향 신도가 100 내지 150%로서 인열특성이 우수하고 인장특성 또한 향상되어 접착 테이프 및 포장용 필름으로서 적합한 것으로 평가되었다. 그러나, 비교예 1 내지 5의 필름은 인열특성 및 인장강도 등의 물성이 불량하여 점착 테이프 및 포장용으로 사용하기에 부적합한 것으로 나타났다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
고유 점도 (㎗/g)	제1층	0.64	0.64	0.65	0.63	0.64	0.64	0.63	0.64	0.64
	제2층	0.55	0.52	0.54	0.54	0.55	0.50	0.52	0.62	0.61
고유점도차		0.09	0.12	0.11	0.09	0.09	0.14	0.11	0.02	0.03
층두께비 (1층:2층)		1:4	1:4	1:4	2:3	1:4	1:3	1:4	1:4	1:4
시트두께 (㎛)		70	65	80	70	200	80	70	70	70
연신 비	종	1	1	1	1	3	1	1	1	1
	횡	3.5	3.2	4.0	3.5	3.5	3.7	3.5	3.5	3.5
연신 온도 (℃)	종	50	50	50	50	90	50	50	50	50
	횡	90	90	92	90	120	90	88	90	90
열처리 온도(℃)		130	120	135	130	150	80	160	120	150
필름두께(㎛)		20	20	20	20	19	22	20	20	20
복굴절율		0.08	0.05	0.09	0.07	0.02	0.07	0.06	0.08	0.08
종방향 신도(%)		120	125	105	140	130	500	10	420	10

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 적층 폴리에스테르 필름은 개선된 인열특성 및 인장특성을 가지며, 제막시나 후가공시에도 파단이 발생하지 않고, 노치(notch) 가공을 하지 않아도 절단이 용이하여 포장용 및 접착 테이프용으로 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (5)

1. 고유점도가 다른 둘 이상의 필름층으로 이루어지며, 복굴절률이 0.04 이상이고, 종방향 신도가 100 내지 150%인 일축연신 적층 폴리에스테르 필름.
2. 제1항에 있어서,

   고유점도의 차이가 0.05 ㎗/gr 이상인 고점도층과 저점도층을 포함하는 둘 이상의 필름층으로 이루어지며, 각 필름층의 유리전이온도가 60℃ 이상인 것을 특징으로 하는 적층 폴리에스테르 필름.
3. 제1항에 있어서,

   고점도층과 저점도층의 두께비가 1:1 내지 10인 것을 특징으로 하는 적층 폴리에스테르 필름.
4. 고유점도가 다른 둘 이상의 폴리에스테르 시트를 적층한 후 횡방향으로 일축 연신하고, 100 내지 150℃의 온도에서 열고정하는 것을 포함하는 제1항의 적층 폴리에스테르 필름의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,

   횡방향 연신비가 2배 이상인 것을 특징으로 하는 적층 폴리에스테르 필름의 제조방 법.