KR100611821B1

KR100611821B1 - 마찰계수가 조절된 폴리에스터 적층 필름

Info

Publication number: KR100611821B1
Application number: KR1020040072566A
Authority: KR
Inventors: 윤숭; 김상일; 김용원
Original assignee: 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2006-08-11
Also published as: US20060057342A1; KR20060023733A

Abstract

본 발명은 마찰계수가 조절된 폴리에스터 적층 필름에 관한 것으로, 표면의 정마찰계수가 0.6 내지 4.5 인 제1고분자 수지층, 및 표면의 정마찰계수가 제1고분자 수지층의 정마찰계수 보다 낮은 제2고분자 수지층을 포함하는 본 발명의 폴리에스터 적층 필름은 제품 포장시에 포장물의 적층 및 그 유지 상태를 개선시킬 수 있어 개별포장용 필름으로서 유용하다.

Description

마찰계수가 조절된 폴리에스터 적층 필름 {LAMINATED POLYESTER FILM HAVING CONTROLLED FRICTION COEFFICIENT}

본 발명은 마찰계수가 조절된 폴리에스터 적층 필름에 관한 것으로, 구체적으로 특정 범위의 정마찰계수를 가짐으로써 제품 포장시에 포장물이 쉽게 미끄러지지 않아, 포장물의 적층 및 그 유지를 가능하게 하는 폴리에스터 필름에 관한 것이다.

산업 구조가 복잡해지면서 다양한 용도를 만족시킬 수 있는 소재의 필요성이 증대됨에 따라 성형성이 우수하고 가벼운 고분자 수지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 물성면에서 장점을 갖는 다양한 고분자 수지들은 공중합, 공압출 등의 가공 방법을 통해 우수한 물성을 지닌 최종 필름으로 만들어낼 수 있다는 장점 때문에 활발히 연구되고 있다.

특히, 폴리에스터 수지는 물리·화학적으로 안정하고 기계적 강도가 높으며 내열성, 내구성, 내약품성, 치수안정성 등이 우수하여, 포장용 필름으로 가공되어 다양한 응용 분야에서 사용되고 있다.

최근에는 많은 제품들이 소량화 및 고급화되고 있는 추세이며, 예컨대 국내외를 막론하고 그 수요가 증대되고 있는 애완동물용 사료 및 곡물의 경우 더욱 그러하다. 소량 포장을 위한 제품을 일반 고분자 필름으로 포장한 후 쌓아올려 보관할 경우 포장면간의 마찰계수가 작게 되면 작은 외력에 의해서도 무너지거나 떨어지는 문제가 발생하게 된다. 이러한 포장물의 무너짐은 대형 할인매장과 같이 많은 제품이 진열되어 있고 많은 사람들의 손길이 미치는 곳에서 안전 사고의 문제를 일으킬 수 있으며, 수시로 다시 포장물을 진열해야 하는 번거로움이 발생하게 된다.

포장물의 적층과 그 유지를 개선시키기 위해서는, 포장용 필름의 제조시 무기 미립자를 부가함으로써 필름의 마찰계수를 조절하는 방법이 있으며, 이때, 필름의 제조, 인쇄 및 합지와 같은 공정에 전혀 지장을 주지 않으면서 마찰계수를 원하는 수준으로 조절하는 것이 매우 중요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 기계적 강도, 치수안정성 등의 고유 특성을 유지하면서도, 높은 마찰계수 및 우수한 광학적 특성과 후공정성을 가져서 포장용으로 유용한 폴리에스터 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 표면의 정마찰계수가 0.6 내지 4.5 인 제1고분자 수지층, 및 표면의 정마찰계수가 제1고분자 수지층의 정마찰계수 보다 낮은 제2고분자 수지층을 포함하는 폴리에스터 적층 필름을 제공한다.

이하에서는 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 포장용 폴리에스터 필름은 제1고분자 수지층 및 제2고분자 수지층을 포함하며, 제1고분자 수지층의 표면 정마찰계수가 0.6 내지 4.5의 범위이고, 제2고분자 수지층의 표면 정마찰계수는 제1고분자 수지층보다 낮은 것임을 특징으로 한다. 제1고분자 수지층의 표면 정마찰계수가 0.6 미만이면 포장물 적층시 작은 외력에 의해서도 쉽게 미끄러지게 되며, 4.5 보다 크면 필름의 제조 공정 또는 후공정상에 원활한 주행성이 부여되지 못해 필름의 권취가 매우 어렵고, 때로는 후가공시에 금속 또는 고무롤 사이를 정상적으로 통과하지 못할 수도 있다. 한편, 제2고분자 수지층의 표면 정마찰계수는 제1고분자 수지층의 주행성 부족을 보완하기 위해서는 0.6 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 포장용 폴리에스터 적층 필름의 제1고분자 수지층에 사용되는 폴리에스터는 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌다이카복실산 등의 산 성분과 에틸렌글리콜, 트라이메틸렌글리콜, 부틸렌글리콜, 사이클로헥산디메탄올 등의 다가 알콜 성분을 에스터화 또는 에스터 교환반응시키고, 고온·고압하에서 중축합시킴으로써 제조될 수 있다. 또한, 상기 폴리에스터의 극한 점도는 0.55 내지 0.75 dl/g인 것이 바람직하다. 극한 점도가 0.55 dl/g 미만이면 수지의 결정화가 지나치게 빨리 진행되어 분자량이 적어져 필름의 기계적 강도를 유지할 수 없으며, 극 한점도가 0.75 dl/g를 초과하게 되면 수지의 분자량이 너무 커져 필름의 제조 공정이 곤란하게 된다.

본 발명의 폴리에스터 필름의 제2고분자 수지층에 사용되는 폴리에스터는 상기 제1고분자 수지층의 공중합 폴리에스터와 같은 방법으로 제조될 수 있고, 이때 역시 극한 점도는 0.55 내지 0.75 dl/g인 것이 바람직하나, 공압출 과정에서 계면의 생성없이 층간 분자들의 완벽한 혼련을 위하여 극한 점도를 조절할 수도 있다.

본 발명에서 마찰계수 조절을 위해 사용되는 불활성 무기 미립자는 수득되는 필름의 투명성을 개선시키도록 폴리에스터 수지와 유사한 굴절률을 갖고, 내부에 형성되는 공극이 적어야 하며, 필름 표면에 적당한 돌기를 형성한 상태에서 필름면간 또는 금속이나 고무재질의 롤과 원활하게 접촉하여 주행하기 위해서는 분산이 잘 되어야 한다.

이러한 불활성 무기 미립자로는 이산화티탄, 탄산칼슘, 카오린, 황산바륨, 실리카, 탈크, 제올라이트 등이 사용가능하며, 그중에서 실리카가 가장 바람직하다. 또한, 본 발명에서 사용되는 무기 미립자는 평균 입경이 0.1 내지 6.5 ㎛이면서, 단분산 상태의 구형인 것이 바람직하다.

본원 발명에 따른 제1고분자 수지층은 상기 불활성 무기 미립자를 0.002 내지 0.025 중량％로 포함하고, 제2고분자 수지층은 불활성 무기 미립자를 0.025 내지 3.5 중량％로 포함하여 마찰계수를 상기 특정 범위로 조절한다. 제1고분자 수지층에 포함된 무기 미립자의 양이 0.002 중량％ 미만이면 면간 마찰계수가 너무 높아지고, 0.025 중량％ 보다 많게 되면 마찰계수가 낮아진다. 한편, 주로 필름의 윤활성을 높이기 위하여 설계되는 제2고분자 수지층에 포함된 무기 미립자의 양이 0.025 중량％ 미만인 경우에는 투명도는 좋으나 주행성이 나빠지고, 3.5 중량％ 보다 많게 되면 빛의 투과율이 현저히 떨어진다.

이외에도, 본 발명의 폴리에스터 필름은 통상의 첨가제들, 예를 들면 열안정제, 중축합 촉매, 분산제, 정전인가제, 블록킹방지제 등이 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 첨가될 수 있다.

본 발명에 따른 포장용 폴리에스터 적층 필름의 총 두께는 피착체의 종류, 포장 내용물 등에 따라서 달라질 수 있으며, 대략 12 내지 19 ㎛ 범위가 적합하다. 또한, 본 발명에 따른 필름의 제1고분자층과 제2고분자층의 두께비는 이상적인 공압출 필름을 얻기 위해서 폴리에스터 필름이 가져야 할 고유 물성을 고려하여, 10:1 내지 1:5 인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:1 인 경우이다. 마찰계수가 상대적으로 높은 제1고분자층이 제2고분자층에 포함된 무기 미립자의 영향을 피하기 위해서는 제2고분자층이 얇은 것이 바람직하나, 이때 너무 얇으면 필름 제조상에 어려움이 따른다.

본 발명의 필름은, 상기와 같은 구성의 제1고분자층 및 제2고분자층 형성용 고분자 수지를 통상의 방법으로 각각 수지의 융점보다 약 30℃ 높은 온도에서 용융시킨 후 피드블럭(feed block)에서 적층하여 압출다이를 통해 적층하는 공압출 방법에 의해 2층 구조를 형성시킨 다음 냉각 및 2축 연신함으로써 제조될 수 있다.

상기 냉각 단계에서는 제1 고분자층이 냉각드럼표면과 접촉되도록 하여 정전인가하면서 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 2축 연신 단계는 최종적으로 얻어지는 폴리에스터 필름의 표면특성 및 포장용 필름으로서의 중요한 물성을 좌우하기 때문에, 종방향 및 횡방향의 연신비, 연신속도를 포함하는 연신조건을 적절히 조절해야 하며, 아울러 열고정 온도, 열고정 시간, 냉각 조건 등이 중요하다. 따라서, 본 발명의 폴리에스터 필름을 얻기 위한 연신 단계는 종방향으로 55 내지 120℃의 연신 온도에서 2 내지 5배의 연신비로 1차 연신한 다음, 횡방향으로 100 내지 160℃의 연신 온도에서 2 내지 5배의 연신비로 연신하는 축차연신법에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 상기 종연신 온도가 55℃ 보다 낮으면 강제 연신에 의해서 백탁이나 너무 과도한 결정화가 일어나기 쉽고, 120℃ 보다 높으면 수지층의 연신이 불균일하고 최종적으로 얻어지는 필름의 두께가 대단히 불량하게 된다.

상기 연신 공정을 거친 후, 필름의 열안정성, 결정화도 및 파단강신도를 바람직한 수준으로 유지하기 위해, 180 내지 250 ℃ 범위의 온도에서 5 내지 10 초간 열고정을 실시하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명을 하기 실시예를 더욱 상세하게 설명하되, 본 발명의 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

산 성분으로서 테레프탈산과 이소프탈산의 95:5 중량비의 혼합물을 디올 성분으로서 에틸렌글리콜과 1:2 당량비로 혼합한 다음, 이 혼합물에 통상의 중축합 촉매와 평균 입경 2.0㎛의 실리카를 0.01 중량％ 투입하여 중축합 반응을 완료시켜 고유점도가 0.640 dl/g 인 제1고분자 수지를 수득하였다.

별도로, 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 1:2 당량비로 혼합한 다음, 이 혼합물에 통상의 중축합 촉매와 평균 입경 2.8㎛의 실리카를 0.05 중량％ 투입하여 중축합 반응을 완료시켜 고유점도 0.62 dl/g 인 제2고분자 수지를 수득하였다.

상기 제1고분자 수지와 제2고분자 수지를 두 개의 압출기를 통하여 용융압출시킨 다음 피드 블록에서 두 수지층의 비가 4:1인 2층으로 적층하여 통상의 T-다이 및 2축 연신 장치를 이용하여 종방향으로 3.6 배 및 횡방향으로 4.2배 연신한 후 230℃에서 열고정하여 12㎛ 두께의 2축 연신된 적층 폴리에스터 필름을 제조하였다.

실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 4

제1고분자 수지층 제조시 이소프탈산의 농도, 및 각 수지층에 첨가되는 무기 미립자의 크기와 사용량을 하기 표 1에 제시된 것으로 변화시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 공정으로 폴리에스터 필름을 제조하였다.

상기에서 얻은 폴리에스터 필름들의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 이때 필름의 특성 측정은 다음과 같은 방법으로 실시하였다.

(1) 정마찰계수

ASTM D1894에 의해서 시편의 표면에 수직 하중을 가하고 이동시키면서 로드셀(load cell)을 통하여 저항력을 측정하고 마찰계수를 계산하였다.

(2) 열수축율

제조한 필름을 측정하고자 하는 방향에 대하여 폭 15㎜, 길이 300㎜로 절단한 후 설정된 온도(70℃ 및 80℃)로 유지되는 온수 중에서 10초간 열처리한 후의 길이(ℓ)를 측정하여 하기 수학식 3에 의하여 열수축률을 계산하였다:

열수축률(％) = [(300-ℓ)/300] × 100

(3) 빛 투과율

제조한 필름의 빛 투과율을 ASTM D1003(직경 25MM, 산란각도 2.5도)에 따라 측정하였다.

(4) 헤이즈

제조한 필름의 헤이즈를 헤이즈 테스터(모델명 xl-211, 가드너 네오테크(Gardner Neotech.) 제품)를 이용하여 측정하였다.

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 5에 의해 제조된 필름의 경우 일반포장용 필름의 물성(열수축율, 빛 투과율 및 헤이즈) 및 정마찰계수가 전반적으로 모두 양호하였으나, 비교예 1 내지 4에 의해 제조된 필름은 측정된 물성 중 정마찰계수가 불량하였다.

본 발명에 따른 폴리에스터 적층 필름은 한쪽 면의 마찰계수가 적절히 높으면서도 폴리에스터 필름의 고유 특성을 유지하여, 포장물이 적층 상태를 유지해야 하는 경우의 개별포장용 필름으로서 유용하다.

Claims

평균 입경 0.1 내지 6.5 ㎛ 범위의 무기 미립자를 0.002 내지 0.025 중량％ 포함하며, 표면의 정마찰계수가 0.6 내지 4.5 인 제1고분자 수지층; 및 평균 입경 0.1 내지 6.5 ㎛ 범위의 무기 미립자를 0.025 내지 3.5 중량％ 포함하며, 표면의 정마찰계수가 제1고분자 수지층의 정마찰계수 보다 낮은 제2고분자 수지층을 포함하는 폴리에스터 적층 필름.
제1항에 있어서,

제2고분자 수지층의 표면 정마찰계수가 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 필름.
삭제
제3항에 있어서,

무기 미립자가 이산화티탄, 탄산칼슘, 카오린, 황산바륨, 실리카, 탈크 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 필름.
제4항에 있어서,

무기 미립자가 단분산 상태의 구형 입자인 것을 특징으로 하는 필름.
제1항에 있어서,

제1고분자 수지층과 제2고분자 수지층의 두께비가 10:1 내지 1:5 인 것을 특징으로 하는 필름.
제1항에 있어서,

제1고분자 수지층 및 제2고분자 수지층이 테레프탈산, 이소프탈산 또는 나프탈렌다이카복실산의 산성분 및 에틸렌글리콜, 트라이메틸렌글리콜, 부틸렌글리콜 또는 사이클로헥산메탄올의 다가 알콜 성분의 중축합에 의해 수득되는 폴리에스터 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 필름.