KR100741935B1 - 고수축율을 갖는 열수축성 필름 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 고수축율을 갖는 열수축성 필름은 가열부(1)에서 미연신 필름을 연신최적온도로 가열하고, 가열된 미연신 필름을 연신부(2)에서 TD 방향으로 연신하고, 연신된 필름을 단련부(3)에서 고정하고, 고정된 연신 필름을 냉각부(4)에서 서서히 냉각시켜 안정시키는(annealing) 제1단계 연신을 행하고, 제1단계 연신을 행한 연신필름을 연속적으로 가열부(1')에서 연신최적온도로 가열하고, 가열된 제1차 연신 필름을 연신부(2')에서 TD 방향으로 연신하고, 연신된 필름을 단련부(3')에서 고정하고, 고정된 연신 필름을 냉각부(4')에서 서서히 냉각시켜 안정시키는 제2단계 연신을 행함으로써 제조된다. 본 발명의 라벨용 열수축성 필름은 제1단계 연신과 제2단계 연신을 연속적으로 또는 비연속적으로 행할 수 있다.

열수축성 필름, 라벨용 필름, 고수축율, 수축강도, 2단계 연신

Description

고수축율을 갖는 열수축성 필름 및 그 제조방법{Shrinking Film with High Shrinkage and Process for Preparing Same}

제1도는 열수축성 필름을 제조하는 종래의 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

제2도는 본 발명의 방법에 따라 고수축율을 갖는 열수축성 필름을 제조하는 개략적인 공정을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 *

1: 가열부 2: 연신부

3: 단련부 4: 냉각부

발명의 분야

본 발명은 합성수지 병이나 유리병 그리고 캔 같은 용기 외주에 라벨을 형성 하고자 할 때 사용되는 열수축성 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 용기의 형태에 관계없이 사용할 수 있도록 높은 수축율의 열수축성을 갖는 필름에 관한 것이다.

발명의 배경

열수축성 필름은 폴리에스터(PET) 병이나 유리병과 같은 각종 용기(이하 '병 용기'라 함)의 외주를 감싸도록 형성하는 라벨용으로 사용되고 있다. 즉 라벨용 열수축성 필름에 필요한 내용을 인쇄하고, 인쇄된 필름을 원통형으로 중앙접착(tubing)을 하여 용기에 씌우고 외부에서 열풍을 가하여 열수축을 이룸으로서 병 용기 외주에 밀착되도록 부착한다. 열수축 필름으로서 기본적 구비요건을 보면 ①완만하고 안정된 열수축이 60% 이상 되고 ②압축강도가 2kg/㎠ 이하이고 ③MD(종방향) 수축이 5% 이하이고 ④두께편차가 ±6% 이하이고(인쇄적정성) ⑤MD(종방향) 인장강도가 500g/㎠ 이상이고(고속인쇄적정성) ⑥정전기가 14오옴이하이고(고속라벨링 적정성) ⑦수축완료후, 말림현상, 주름현상, 반점현상, 처짐현상이 없어야 한다.

이처럼 병 용기의 라벨용으로 사용되는 열수축성 필름은 까다로운 제품으로서 합성수지로부터 제조된 필름을 TD(Transverse Direction) 방향으로만 연신함으로써 제조된다. 제1도는 종래의 열수축성 필름을 제조하는 개략적인 공정을 도시한 도면이다.

제1도에 도시된 바와 같이, 제조된 필름을 연신기에 연속적으로 공급하면서 가열부(1)에서 연신에 적합한 온도로 가열한다. 가열부(1)에서 가열된 미연신 필름은 연신부(2)를 통과하면서 TD 방향으로 연신한다. 연신부(2)에서 연신된 필름은 단련부(3)를 통과하면서 고정되고 냉각부(4)에서 서서히 냉각시킴으로써 필름내의 고분자 구조를 안정시키게(annealing) 된다. 필름의 이동 방향인 MD(Machine Direction) 방향에서의 필름의 이동속도는 균일하게 유지되기 때문에 필름 연신기에서는 TD 방향으로만 연신이 행해지고 MD 방향으로는 연신이 행해지지 않는다. 라벨용 필름이 TD 방향으로만 연신되고 MD 방향으로는 연신되지 않아야 하는 이유는 라벨용 필름이 병 용기에 수축될 때 병 용기의 상하 방향으로의 수축이(처짐현상) 일어나지 않도록 해야 하기 때문이다.

제1도에 도시된 공정에 따라 필름 연신기에서 종래의 열수축성 필름을 제조하는 기술은 이미 공지된 기술로서 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있는 기술이다.

제1도의 공정에 따라 제조된 열수축성 필름은 종래의 각종 병 용기 라벨로 사용되어 왔다. 그런데 최근에는 병 용기의 형태가 매우 다양하게 변하고 인쇄내용이 복잡해지고 있다. 종래의 단순한 원통형 모양에서 심한 굴곡을 갖는 모양으로 변하거나 또는 병 용기 몸체보다 직경이 훨씬 작은 병목 부위까지 라벨로 감싸는 경우에는, 종래의 필름은 수축율 미달로 사용할 수 없는 문제점이 발생하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구가 진행되어 왔다.

즉 고수축률을 갖는 라벨용 필름을 제조하기 위하여 원료성분을 변화시켜 새 로운 첨가제를 부가하거나 연신온도조건을 개선하는 것과 같은 공정상의 연구가 진행되어 왔으나 이상적 고수축률을 갖는 라벨용 필름을 제조하는 데에는 모두 실패하였다. PET 수지는 연신율이 좋아서 단번에 5-6배까지 연신이 가능하여 고수축율은 달성되었으나 반면에 수축응력, 수축강도가 너무 세고 급격수축, 말림현상, 주름현상 등의 결함으로 연약한 합성수지 용기에는 사용이 불가능했다.

본 발명자는 고수축율을 가지면서도 수축강도가 과다하지 않은 열수축성 필름을 개발하기 위하여 이제까지 시도되지 않은 새로운 2단 연신법을 적용하여 본 발명의 라벨용 필름을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 고수축율을 가지면서도 수축강도가 적합하여 내열, 내압이 약한 용기에도 사용이 용이한 라벨용 열수축성 필름을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고수축율을 가지면서 라벨용 필름이 요구하는 물성 즉, 급격수축, 말림현상, 주름현상, 반점현상 등이 일어나지 않는 열수축성 필름을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 고수축율을 갖는 라벨용 열수축성 필름을 제조하여 다양한 형태의 병 용기에 적용할 수 있는 라벨용 필름을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명에 따른 고수축율을 갖는 열수축성 필름은 가열부(1)에서 미연신 필름을 연신최적온도로 가열하고, 가열된 미연신 필름을 연신부(2)에서 TD 방향으로 연신하고, 연신된 필름을 단련부(3)에서 고정하고, 고정된 연신 필름을 냉각부(4)에서 서서히 냉각 안정시키는(annealing) 제1단계 연신을 행하고, 제1단계 연신을 행한 연신필름을 연속적으로 가열부(1')에서 연신최적온도로 가열하고, 가열된 제1차 연신 필름을 연신부(2')에서 TD 방향으로 연신하고, 연신된 필름을 단련부(3')에서 고정하고, 고정된 연신 필름을 냉각부(4')에서 서서히 냉각 안정시키는 제2단계 연신을 행함으로써 제조된다.

본 발명의 라벨용 열수축성 필름은 제1단계 연신과 제2단계 연신을 연속적으로 또는 비연속적으로 행할 수 있다.

본 발명의 열 수축성 필름은 PVC, PS 등과 같은 합성수지로부터 선택될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

제1도는 종래의 열수축성 필름을 제조하는 개략적인 공정을 도시한 도면이다. 제1도에 도시된 바와 같이, 제조된 필름을 연신기에 연속적으로 공급하면서 연신할 수 있는 상태가 되도록 가열부(1)에서 미리 가열한다. 가열부의 온도는 모두 균일한 것은 아니고, 가열부 도입부분에서는 비교적 낮은 온도로 가열되기 시작하여 가열부가 끝나는 단부에서는 연신최적의 온도로 가열되도록 한다.

가열부(1)에서 가열된 미연신 필름은 연신부(2)를 통과하면서 TD 방향으로 연신한다. 가열부와 연신부에서 연신 온도 조건이 적합하지 않으면 연신공정이 원활하지 않게 되거나 연신후 수축시에 복원능력이 불안정하여 수축이 잘 되지 않는 문제가 발생한다. 따라서 가열부와 연신부에서의 연신온도 조건은 최적연신온도를 산출하여 물성에 맞게 설정되어야 한다. 물론 이 연신온도 조건은 수지의 원료에 따라 변경될 수 있고 동일한 수지라 하더라도 그 물성에 따라 적절하게 조정되어야 한다. 일반적으로 가열부의 단부와 연신부의 온도는 연신할 수 있는 최저 온도를 유지하는 것이 높은 수축율을 위하여 바람직하다.

연신부(2)에서 연신된 필름은 단련부(3)를 통과하면서 고정되고 냉각부(4)에서 서서히 냉각시킴으로써 필름내의 고분자 구조를 안정시키게(annealing) 된다. 필름의 이동 방향인 MD(Machine Direction) 방향에서의 필름의 이동속도는 균일하게 유지되기 때문에 필름 연신기에서는 TD 방향으로만 연신이 행해지고 MD 방향으로는 연신이 행해지지 않는다. 라벨용 필름이 TD 방향으로만 연신되고 MD 방향으로는 연신되지 않았다고 해서 실제로 수축과정에서 MD 방향으로 수축이 전혀 일어나지 않는 것은 아니고 약 1∼5% 정도의 범위에서 수축이 일어나고 있다. 이는 미연신 필름제조 과정에서 자연 발생적으로 이루어진 결과이다.

제1도에는 종래의 필름 연신기에서 열수축성 필름을 제조하는 공정을 개략적으로 도시하였지만, 이 종래의 필름 연신기에 의하여 열수축성 필름을 제조하는 기 술은 당업자에게는 이미 공지된 기술이다.

본 발명에서는 상기 종래의 필름 연신기에서 제조한 연신필름을 연속적으로 제2단계 연신을 행한다. 제2도는 본 발명의 방법에 따라 고수축율을 갖는 열수축성 필름을 제조하는 개략적인 공정을 도시한 도면이다.

제1단계 연신을 행한 연신필름을 연속적으로 가열부(1')에서 연신온도로 가열하고, 가열된 제1차 연신 필름을 연신부(2')에서 TD 방향으로 연신하고, 연신된 필름을 단련부(3')에서 고정하고, 고정된 연신 필름을 냉각부(4')에서 서서히 냉각시켜 안정시키는 제2단계 연신을 행함으로써 본 발명의 라벨용 필름을 제조한다. 제2단계의 연신온도 조건은 제1단계의 연신온도 조건과 동일할 수도 있고 또는 다를 수도 있다. 이는 1단계 연신이 완료된 필름의 잔여열이 얼마인가에 따라 달라진다. 물론 제2단계 연신온도 조건도 필름 수지의 원료에 따라 변경될 수 있고 동일한 수지라 하더라도 그 요구된 물성에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

본 발명의 라벨용 열수축성 필름은 제1단계 연신과 제2단계 연신을 연속적으로 또는 비연속적으로 행할 수 있다.

본 발명의 2단계 연신을 연속적으로 행하기 위해서는 종래의 필름 연신기에 이어서 제2단계 연신을 위한 광폭의 새로운 연신기 설비가 구비되어야 한다. 물론 제2단계 연신을 위한 광폭의 새로운 연신기 설비도 본 발명자에 의하여 최초로 개발된 것이다.

라벨용 필름의 원료로는 일반적으로 PVC, PS 등과 같은 수지가 사용된다. 이들은 각각 장단점을 갖고 있다.

PVC 필름은 저가이면서 인쇄가 용이하고 튜빙(tubing: 중앙접착)이 용이하여 사용상 편리하며 수축성이나 내약품성도 양호하기 때문에 광범위하게 사용되고 있지만, 연신성의 한계로 말미암아 55% 미만의 수축율로 높은 수축율을 갖지 못하는 것이 결점으로 남아 있었다. 하지만 본 발명에 따른 2단계 연신법에 의하여 60∼70 %에 달하는 수축율을 갖는 라벨용 PVC 필름을 제조할 수 있다.

PS 필름은 병 용기 재질이 PS인 경우에 바람직하게 사용된다. PET나 PS 병 용기에 PS 라벨을 사용하면 폐기물 처리시에 혼합재생이 가능하기 때문에 PS 병 용기인 경우에는 PS 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 PS 필름은 PET 재질의 병 용기에도 바람직하게 사용될 수 있는데, 이 경우에는 폐기물을 분쇄한 후, 비중 분리하면 비중이 가벼운 PS는 뜨게 되고 비중이 무거운 PET는 가라앉기 때문에 용이하게 분리할 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 2단계 연신법에 의하면 종래의 1단계 연신법에 의하여 제조된 필름보다 더 높은 수축율을 가지면서도 수축강도가 적당한 PVC 또는 PS 필름을 제조할 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.

비교실시예 1

종래의 1단계 연신법에 따라 PVC 필름을 사용하여 50 ㎛ 두께의 열수축성 필 름을 제조하였다. 연신온도 조건은 가열부 말단부가 103 ℃, 연신부가 101 ℃, 단련부가 93 ℃, 냉각부가 65 ℃이었다. 필름의 공급속도는 60m/min이었다. 미연신 필름의 폭은 100㎝이었고, 연신 후의 필름 폭은 270㎝이었다. 이것은 공지된 일반적 생산제품이다.

이 비교실시예에서 제조된 필름에 대하여 수축율을 측정하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다. 수축율은 각각 100, 90, 80 및 70 ℃의 수온조에서 10초간 침전시킨 후의 수축율을 TD 방향과 MD 방향으로 측정하였다. 표1에서 보는 바와 같이, 온도 90 및 100 ℃에서 55 미만의 수축율을 나타내고 있다.

온도 방향	100	90	80	70
TD	54	50	42	9
MD	5	5	5	1

이 비교실시예에서 제조된 필름에 대하여 인장강도/인열강도, 두께, 정전기의 결과를 하기 표2 내지 표4에 나타내었다. 인장강도/인열강도는 TD 방향과 MD 방향으로 각각 3 곳을 측정하고 그 평균값도 나타내었다. 두께와 정전기는 모두 10 곳을 측정하고 그 평균값도 나타내었다. 이 비교실시예에서 제조된 필름의 인장강도/인열강도, 두께, 정전기, 수축강도는 모두 라벨용 필름으로 적합한 범위이다. 수축강도는 표13에서 비교하였다

point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	평균
두께	48	50	49	48	48	49	49	50	50	51	49.2

point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	평균
정전기	13.6	12.8	13.6	13.2	14.1	14.2	13.8	13.2	12.9	13.9	13.6

UNIT: ohms

실시예 1

본 발명의 2단계 연신법에 따라 PVC 필름을 사용하여 50 ㎛ 두께의 열수축성 필름을 제조하였다. 연신온도 조건은 가열부 말단부가 93 ℃, 연신부가 91 ℃, 단련부가 83 ℃, 냉각부가 65 ℃이었다. 필름의 공급속도는 60m/min이었다. 미연신 필름의 폭은 80㎝이었고, 제1단계 연신 후의 필름 폭은 130㎝이었고, 제2단계 연신 후의 필름 폭은 400㎝이었다.

이 실시예에서 제조된 필름에 대하여 수축율을 측정하고 그 결과를 하기 표5에 나타내었다. 수축율은 각각 100, 90, 80 및 70 ℃의 수온조에서 10초간 침전시킨 후의 수축율을 TD 방향과 MD 방향으로 측정하였다. 표5에서 보는 바와 같이, 온도 90 및 100 ℃에서 60 이상의 수축율을 나타내고 있다.

온도 방향	100	90	80	70
TD	63	60	57	12
MD	5	5	5	1

이 실시예에서 제조된 필름에 대하여 인장강도/인열강도, 두께, 정전기를 측정하여 그 결과를 하기 표6 내지 표8에 나타내었다. 인장강도/인열강도는 TD 방향과 MD 방향으로 각각 3 곳을 측정하고 그 평균값도 나타내었다. 두께와 정전기는 모두 10 곳을 측정하고 그 평균값도 나타내었다. 이 실시예에서 제조된 필름의 인장강도/인열강도, 두께, 정전기, 수축강도는 라벨용 필름으로 적합한 범위이다. 수축강도는 표14에서 비교하였다.

point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	평균
두께	49	51	50	49	49	51	50	51	51	52	50.3

point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	평균
정전기	12.8	13.1	13.8	13.6	14.2	14.6	13.8	13.1	14.0	14.2	13.7

UNIT: ohms

실시예 2

본 발명의 2단계 연신법에 따라 PVC 필름을 사용하여 50 ㎛ 두께의 열수축성 필름을 제조하였다. 연신온도 조건은 가열부 말단부가 91 ℃, 연신부가 89 ℃, 단련부가 81 ℃, 냉각부가 63 ℃인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 실시하였다.

이 실시예에서 제조된 필름에 대하여 수축율을 측정하고 그 결과를 하기 표9에 나타내었다. 표9에서 보는 바와 같이, 온도 90 및 100 ℃에서 60 이상의 높은 수축율을 나타내고 있다.

온도 방향	100	90	80	70
TD	66	64	62	17
MD	5	5	5	1

이 실시예에서 제조된 필름에 대하여 인장강도/인열강도, 두께, 정전기 그 결과를 하기 표10 내지 표12에 나타내었다. 이 실시예에서 제조된 필름의 인장강도/인열강도, 두께, 정전기 모두 라벨용 필름으로 적합한 범위이다.

수축강도는 표15에서 비교하였다.

point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	평균
두께	49	51	50	49	49	51	50	51	51	52	50.3

point	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	평균
정전기	12.8	13.1	13.8	13.6	14.2	14.6	13.8	13.1	14.0	14.2	13.7

UNIT: ohms

상기 비교실시예 1과 실시예 1-2의 각 수축온도에서의 수축강도를 측정하여 하기 표 13 내지 15에 나타내었다. 상기 수축강도는 TOYO SEIKI CO., LTD의 열수축강도 측정기를 사용하여 각 실시예의 필름의 한쪽을 로드셀(하중검출장치)에 접속하고, 상기 고정되어 있는 필름을 온도가 제어되는 실리콘 오일 배스에 침적하여, 그 때에 걸리는 하중을 검출하여 단면적 환산으로 수축강도를 구하였다. 표13은 비교실시예 1의 필름에 대한 수축율과 수축강도를 나타내고, 표14는 실시예 1의 필름에 대한 수축율과 수축강도를 나타내고, 표15는 실시예 2의 필름에 대한 수축율과 수축강도를 나타낸다. 하기 표에서 보는 바와 같이 본 발명의 2단 연신법에 의하여 제조된 필름도 모두 2 ㎏/㎟ 이하의 수축강도를 갖는 것으로 라벨용 필름으로서의 만족할 만한 물성을 나타내었다.

수축온도	수축율	수축강도
100℃	54	1.5
90℃	50	1.2
80℃	42	1.0
70℃	9	0.2

수축온도	수축율	수축강도
100℃	63	1.7
90℃	60	1.4
80℃	57	1.2
70℃	12	0.3

수축온도	수축율	수축강도
100℃	66	1.8
90℃	64	1.5
80℃	62	1.3
70℃	17	0.4

본 발명은 고수축율을 가지면서 라벨용 필름이 요구하는 물성에 만족하는 열수축성 필름을 제공하며, 그럼으로써 다양한 형태와 재질 병 용기에 적용할 수 있는 라벨용 필름을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

1. 필름 연신기의 가열부(1)에서 미연신 필름을 연신온도로 가열하고, 가열된 미연신 필름을 연신부(2)에서 TD 방향으로 연신하고, 연신된 필름을 단련부(3)에서 고정하고, 고정된 연신 필름을 냉각부(4)에서 서서히 냉각시켜 안정시키는(annealing) 제1단계 연신을 행하고; 그리고

   제1단계 연신을 행한 연신필름을 연속적으로 가열부(1')에서 연신최적온도로 가열하고, 가열된 제1차 연신 필름을 연신부(2')에서 TD 방향으로 연신하고, 연신된 필름을 단련부(3')에서 고정하고, 고정된 연신 필름을 냉각부(4')에서 서서히 냉각시켜 안정시키는 제2단계 연신을 행하는;

   단계로 이루어지는 고수축율을 가지면서도 수축강도가 과다하지 않고 두께가 안정되고 인장강도가 높은 열수축성 필름의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계 연신과 제2단계 연신을 연속적으로 또는 비연속적으로 행하는 것을 특징으로 하는 고수축율을 갖는 열수축성 필름의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 열수축성 필름은 PVC 또는 PS 수지인 것을 특징으로 하는 고수축율을 갖는 열수축성 필름의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 방법에 따라 제조된 열수축성 필름.
5. 제4항에 있어서, 상기 필름이 90 및 100℃에서 60∼70%의 수축율을 갖으면서 수축강도는 100℃에서 2kg/㎟를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 열수축성 필름.

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