KR100740489B1

KR100740489B1 - 소광 나일론 필름

Info

Publication number: KR100740489B1
Application number: KR1020010081136A
Authority: KR
Inventors: 백상현; 송기상
Original assignee: 주식회사 코오롱
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2007-07-19
Also published as: KR20030050648A

Abstract

본 발명은 소광 나일론 필름에 관한 것으로서, 입자크기 2∼10㎛이며 흡유량이 250㎖/100g이하로 낮은 무기미립자를 나일론 필름 제조시 사용하여 얻어진 나일론 필름은 무기미립자의 함량이 많아지더라도 분산성이 양호하고, 따라서 무기미립자로 인한 소광효과 또한 향상시킬 수 있게 되어 소광성능을 필요로 하는 특별한 용도에의 필름으로 유용하다.

Description

소광 나일론 필름{Nylon film}

본 발명은 소광 나일론 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필름 제조시 일정크기를 만족하는 무기미립자를 다량으로 첨가함으로써 소광성을 향상시킨 나일론 필름에 관한 것이다.

나일론 필름은 기계적 강도와 가스차단성, 투명성, 내약품성이 우수하여 주로 진공포장, 가스치환포장 등의 포장재료로 많이 사용되며, 이들 필름의 대부분은 나일론 6이고, 일부 나일론 66이 사용되고 있다.

그런데, 일반적으로 나일론 필름에는 권취주름과 필름끼리 혹은 필름과 롤간의 블로킹을 방지하기 위해 미세한 입경의 무기첨가제를 사용하고 있다.

이러한 첨가제는 나일론 필름의 투명성 등의 특성이 요구되는 용도에 사용되기 때문에 소량으로 사용하여 요구하는 특성만을 만족시키는 수준에서 양을 결정하여 사용하고 있다.

그러나, 일부 특수한 용도, 예를들어 고급의 북 커버(book cover) 등과 같은 용도에서는 필름의 표면을 소광화하는 것이 일부 요구되고 있다.

이러한 필름의 소광화 방법으로서 첫 번째로는 SiO₂, Al₂O₃, CaCO₃, TiO₂ 등의 물질 중에서 선택된 단독 또는 2가지 이상이 혼합된 무기미립자를 첨가하여 필름의 표면에 돌기를 형성시켜 빛을 난반사시키는 방법이 있고, 두 번째로는 필름의 표면에 엠보싱 가공을 통하여 빛을 난반사시키는 방법, 세 번째로는 필름에 적당한 크기의 무기물을 코팅시켜서 난반사를 유도하는 방법, 네 번째로는 비상용계의 2가지 이상의 폴리머를 블랜딩하여 적당한 상분리를 유도하고 연신율이 적은 양쪽의 폴리머를 표면에 돌출시켜 난반사를 유도하는 방법 등이 사용되고 있다.

상기 방법들 중 첫 번째 방법의 예로서는 일본특개평 11-279401호에 개시된 방법을 들 수 있는데, 일반적인 나일론 이축연신필름은 연신비가 2배 이상이 된다. 이러한 연신조건에서는 상기 기술에 개시된 방법의 무기미립자 함량 범위 1∼3% 에서는 소광특성이 매우 미미하게 된다. 즉, 광택이 대부분 40이상의 광택을 나타내며 소광특성은 미미하게 된다. 또한, 이산화규소를 사용하여 중합법으로 나일론을 제조할 경우 올리고머 추출공정에서는 매우 많은 이산화규소가 추출되기 때문에 공업적으로는 이러한 칩을 제조하는 방법으로 컴파운딩법이 적당하다.

두 번째 방법은 일반적으로 열변형이 용이한 폴리머에 적용되며, 필름의 두께가 두꺼워야 가능한 방법이다. 이러한 방법은 일반적인 이축연신 나일론의 두께인 12∼25㎛에서는 불가능하다.

세 번째 방법은 필름 자체에 소광성을 부여하는 것이 아니고, 소광물질을 코팅하는 방법으로 가공 후 코팅층의 손상이 매우 쉽게 발생되는 단점이 있다.

네 번째 방법은 비상용계의 이종의 폴리머를 사용하는 방법으로 상용성이 낮을수록 돌기형성은 유리하겠지만 피쉬-아이(fish-eye)에 의한 기계적 물성 저하 뿐만 아니라 파단으로 인한 생산성 저하를 초래하는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 나일론 필름에 소광성을 부여하는 방법들의 문제점을 해결하기 위해 연구노력하던 중, 입자크기 2∼10㎛이며 흡유량이 낮은 무기미립자를 나일론 제조시 첨가한 결과, 마스터배치로 첨가시 그 함량을 증가시킬 수 있으며 분산성이 우수하고, 소광효과가 우수함을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 북 커버(book cover) 등과 같은 특정 용도에 나일론 필름을 적용할 수 있도록 무기미립자를 다량 첨가하여도 분산성이 우수하고 따라서 소광효과가 향상된 나일론 필름을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나일론 필름은 입자크기 2∼10㎛이고 흡유량이 250㎖/100g 이하인 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ 및 CaCO ₃중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 무기미립자를 포함하여 제조된 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 소광 나일론 필름은 나일론 필름 제조시에 무기미립자를 포함하는 것으로서, 무기미립자로는 SiO₂, CaCO₃, Al₂O₃, TiO₂ 중에서 단독 또는 2종 이상을 혼합된 입자를 사용할 수 있다.

이 무기미립자는 입자크기가 2∼10㎛인 것이 적당하다.

이와같은 무기미립자의 흡유량은 250㎖/100g 이하가 적당하다. 흡유량이 높을 경우에는 컴파운딩 마스터배치 제조시 압출기에 입자의 피딩(feeding)이 곤란하다. 압출기의 피딩 방법은 입자의 분산에 큰 영향을 미치는데, 압출기 호퍼(hopper)에서 프리믹싱(premixing)법으로 피딩할 경우에는 입자의 분산이 나빠서 필름제조공정시 압출기 필터의 압력 상승효과를 가져와 많은 문제점이 있다. 그러나, 컴파운딩법으로 피딩할 경우 압출기 사이드 피더(side feeder)에서 입자를 투입하면 분산이 매우 양호하나 흡유량과 벌크 밀도(bulk density)에 의해 피딩에 상당한 제약을 받는다.

이와같은 문제점을 해소할 수 있는 무기미립자의 함량은 전체 필름 제조원료 중 3∼8중량%인 것이 적당한데, 그 함량이 3중량% 미만이면 나일론을 2배 이상 연신할 경우 소광효과가 매우 적으며, 8중량% 초과면 입자에 의한 결정화 진행과 입자의 응집에 의한 피쉬아이(fisheye) 등으로 필름 제조공정에서 필름 파단이 매우 많이 발생하는 문제가 있다.

그리고, 마스터 배치에서 입자의 함량으로서 최종 필름 제조시 필름내의 입자량 조절이 가능한데, 이러한 필름내에서 입자의 함량을 3중량% 이상으로 하기 위해서는 마스터배치 내에 입자의 함량이 최소한 10중량% 이상은 되어야 한다.

그리고, 무기미립자의 투입방법은 특별히 한정되는 것은 아니나, 컴파운딩 마스터배치 방법이 필름 내에 가장 효과적으로 투입할 수 있다. 중합을 통한 입자투입방법은 모노머 추출공정에서 많게는 투입한 입자의 절반 이상이 추출되는 문제점이 있다.

한편, 컴파운딩 마스터배치 제조시 입자를 투입하는 방법으로는 두 가지가 있는데, 호퍼(hopper)에 투입하는 방법은 입자의 종류에 큰 영향을 받지 않으며 양을 많이 늘릴 수 있으나, 입자분산에 문제가 있으며, 사이드 피더에서 투입시에는 입자의 분산이 매우 양호하다. 그러나, 입자의 특징에 영향을 크게 받는다.

이와같은 무기미립자를 포함하여 나일론 필름으로 제조하는 데 있어서, 연신비는 최소한 2.0×2.0배 이상이 되어야 기계적 물성을 확보할 수 있다.

본 발명에 따른 이축 연신 필름은 최소 광택도(gloss)가 10 수준으로서, 별도의 코팅방법을 동원하지 않고는 그 이하의 소광을 나타내기는 어렵다.

본 발명의 이축연신 나일론 필름은 나일론 6에 국한되지 않으며, 동시이축 튜블러법으로 제조된 나일론계 이축연신 필름에 모두 적용된다.

두께도 통상적으로 제조되는 5∼50㎛ 범위내에서 적절한 두께로 제조하여 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼5 및 비교예 1∼6

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조건을 만족하도록 트윈 스크류 압출기를 사 용하여 마스터배치 입자 칩을 제조하였다.

입자의 투입방법은 사이드 피더를 사용했으며, 마스터배치 6과 7의 경우에는 사이드 피더에 50%, 호퍼에서 입자를 칩에 웨팅시켜 나머지 50%를 투입하였다.

	평균입경 (㎛)	흡유량 (㎖/100g)	첨가량 (중량%)	칩내 입자량 (중량%)	입자투입방법
M/B-1	2.0	160	10	10	사이드 피더
M/B-2	3.0	230	10	10	사이드 피더
M/B-3	3.5	95	10	10	사이드 피더
M/B-4	4.0	110	10	10	사이드 피더
M/B-5	6.0	95	10	10	사이드 피더
M/B-6	1	300	13	10	사이드 피더+호퍼
M/B-7	3	300	12	10	사이드 피더+호퍼
M/B-8	3	300	7	5	사이드 피더
M/B-9	12	180	10	10	사이드 피더

상기 M/B-1 내지 5와 M/B-9는 사이드 피더에서 입자를 투입해도 M/B 내에 10중량% 정도의 무기미립자 투입이 가능하지만, 흡유량이 큰 M/B-6 내지 7 입자의 경우에는 사이드 피더로 투입시 입자가 압출기 내부로 유입되지 않는다. 그리고, 최대한 투입 가능한 양은 약 5중량% 수준으로서, 결국 입자의 밀도를 좌우하는 흡유량에 따라 투입량은 크게 영향을 받는다. 이러한 투입량의 제한은 필름제조원가를 상승시키는 요인이 된다. 결국, 나일론 소광필름을 제조하기 위해서는 입자의 선택에 있어서 상당한 제약을 받는다. 즉, 가능하면 흡유량이 낮은 것이 입자의 벌크 밀도를 높이며, 이것은 피딩성을 좋게 할 수 있다.

이렇게 제조된 나일론 입자 마스터배치를 다음과 같은 조건으로 이축연신 필름을 제조하였다. 최종 필름 내의 입자의 함량을 기준으로 입자 마스터배치와 나일론 단독 칩을 다음 표 2와 같은 함량이 되도록 섞어 필름을 제조하였다.

제막조건(연신방법(동시, 축차), 연신비, 연신온도, 열처리조건 등)에 의해 광택도 변화는 다소 발생할 수 있으나, 본 발명에서는 동시 이축법으로 평가를 진행하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 260℃에서 용융 나일론을 환형 다이를 통해 압출하고, 급냉시켜 무정형 튜브상태의 시트를 만들었다. 무정형 미연신 시트를 MD 방향으로 3배, TD 방향으로 3.0배 연신하였다. 그 다음, 연신온도 이상에서 녹는점 이하의 온도에서 열처리를 행하였다. 롤 열처리 온도는 140∼220℃, 텐터 열처리온도는 180∼200℃이었다.

얻어진 나일론 필름에 대하여 인장강신도와 광택도를 측정하여 이를 다음 표 2에 나타내었다. 그 측정방법은 다음과 같다.

1)인장강신도: ASTM D-882, 사용기기 모델명-Instron 1123, 측정조건-연신속도 300mm/min, 그립간 거리 100mm, 온도 20℃, 상대습도 65%, 시편크기 - 폭 10mm, 길이 100mm, 인장신도(%)=(변형길이/초기길이)×100

2)광택도: ASTM D-2457, 사용기기 모델명 - GMX-101 Portable Glossmeter(Murakami color research Lab.), 측정조건 - 측정광의 입사 및 반사각은 60°

		M/B종류	첨가량(%)	연신비(배)	광택도(%)
실 시 예	1	M/B-1	4	3×3	21
	2	M/B-2	4	3×3	25
	3	M/B-3	6	3×3	14
	4	M/B-4	4	3×3	18
	5	M/B-5	3.5	3×3	16
비 교 예	1	M/B-6	4	3×3	51
	2	M/B-7	4	3×3	37
	3	M/B-8	5	3×3	33
	4	M/B-9	4	3×3	10
	5	M/B-4	2	3×3	42
	6	M/B-4	10	3×3	파단

상기 표 2의 결과로부터, 실시예 1∼5는 마스터배치 제조시 문제점이 없으며, 흡유량이 낮고 벌크 밀도가 높기 때문에 사이드 피더에 투입이 매우 용이하며, 마스터내의 입자량을 15중량% 이상으로 하여서도 제조가 가능하다. 그리고, 분산성 또한 사이드 피더에서 입자를 투입했기 때문에 우수하다.

반면에 흡유량이 높은 무기미립자를 사용한 비교예 1∼2는 입자의 고함량 피딩이 마스터배치 제조시 어렵고, 분산성이 불량하여 필름 제조공정에서 압출기 필터에 압력상승을 초래하고, 응집에 의한 파단문제가 발생한다.

또한, 비교예 1의 경우에는 입자의 크기가 너무 작기 때문에 연신에 의한 입자의 표면돌출이 적기 때문에 난반사효과가 미미하다. 즉, 소광효과가 적다. 비교예 2의 경우에도 흡유량이 크기 때문에 폴리머와 입자간의 친화력이 너무 커서 돌기형성이 상대적으로 낮게 나타난다.

비교예 3의 경우에는 입자의 분산도 양호하고, 제막공정에서는 큰 문제가 없으나, 마스터배치의 입자함량을 늘릴 수 없기 때문에 제조비용이 증가하는 문제점이 있다. 그리고, 1차 가공에 의한 폴리머의 점도저하는 최종 필름의 물성 저하를 초래한다.

비교예 4의 경우에는 입자의 크기가 너무 크기 때문에 피쉬아이에 의한 파단이 발생하며, 비교예 5는 입자의 절대적인 함량이 작기 때문에 소광효과가 떨어진다.

그리고, 비교예 6의 경우에는 입자의 함량이 많기 때문에 필름제조시 연신온도에서 입자에 의한 기핵효과로 결정화 속도가 증가하여 필름의 제조가 어렵다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 입자크기 2∼10㎛이며 흡유량이 낮은 무기미립자를 나일론 필름 제조시 사용할 경우 그 함량이 많아지더라도 분산성이 양호하고, 따라서 무기미립자로 인한 소광효과 또한 향상시킬 수 있게 되어 소광성능을 필요로 하는 특별한 용도에의 필름으로 유용하다.

Claims

입자크기 2∼10㎛이며, 흡유량이 250㎖/100g 이하인 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ 및 CaCO₃중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 무기미립자를 포함하여 제조되고,

상기 무기미립자는 전체 나일론 필름 원료 중 3.5∼8중량%로 첨가되는 것임을 특징으로 하는 소광 나일론 필름.
삭제
제 1 항에 있어서, 나일론 필름은 연신비 2×2배 이상으로 이축연신한 것임을 특징으로 하는 소광 나일론 필름.