KR100816417B1

KR100816417B1 - 다층 지방족 폴리에스터 필름

Info

Publication number: KR100816417B1
Application number: KR1020060121952A
Authority: KR
Inventors: 오태병; 김상일
Original assignee: 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-03-25

Abstract

본 발명은 열접착용 다층 지방족 폴리에스터 필름에 관한 것으로, 제1수지층을 구성하는 성분의 L-락트산 함량이 90∼100 중량%이고, 제2수지층을 구성하는 성분의 D-락트산 함량이 5∼20 중량%이며, 제1수지층의 용융온도(Tm₁)와 제2수지층의 용융온도(Tm₂)의 차(층간 용융온도의 차, |Tm₁-Tm₂|)가 20℃ 이상이고, 제1수지층의 표면(제2수지층 접촉면 반대면)에, 표면 저항값이 10¹²Ω/□ 이하인 코팅층을 갖는 것을 특징으로 하는, 본 발명의 다층 지방족 폴리에스터 필름은 열접착력이 우수할 뿐만 아니라 잉크 적성, 대전방지성 및 슬립성이 향상되어 후가공성이 우수하여 식품 포장재, 의류 포장재, 라벨 등의 용도에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

다층 지방족 폴리에스터 필름 {MULTILAYERED ALIPHATIC POLYESTER FILM}

본 발명은 폴리락트산계 수지를 주성분으로 하는 열접착용 다층 지방족 폴리에스터 필름에 관한 것이다.

현재 열접착 용도로 범용적으로 사용되는 수지는 합성 고분자 화합물이다. 이러한 합성 고분자 화합물은 기계적 강도, 투명성, 내열성 등이 우수하여 플라스틱 소재로 광범위하게 사용되고 있지만, 그 사용량이 증가함에 따라 폐기물량도 증가하여 유해물질을 생성하고, 매립해도 썩지 않기 때문에 토양 오염을 유발하여 자연계에 악영향을 준다.

이에, 환경 부하를 감소하고, 폐기 후에 자연 환경 하에서 분해되는 생분해성 플라스틱이 요구되고 있다. 지금까지 알려져 있는 생분해성 플라스틱은 전분계 수지, 화학 합성에 의한 지방족 폴리에스터계 수지, 식물에서 유래한 지방족 폴리에스터계 수지 등이 있다. 이들 알려진 생분해성 플라스틱 중에서 폴리락트산계 수지는 상업화에 성공하였을 뿐만 아니라, 다른 생분해성 플라스틱과 비교시 투명성, 기계적 강도, 가공성 및 필름 성형성이 우수하여 포장 용도에 유용하게 사용된 다. 폴리락트산계 수지 자체의 이성질체인 L-락트산과 D-락트산의 함량을 조절하면 이 폴리락트산계 수지의 결정화도를 조절할 수 있다. 나아가, 결정화도가 다른 수지를 다층 구조로 구성하면 열접착성을 갖는 지방족 폴리에스터계 필름을 제조할 수 있다.

최근, 생산성 향상을 위해 인쇄 및 가공 공정에서 필름의 주행 속도가 고속화됨에 따라, 인쇄 적성, 대전방지성, 블로킹 방지성(슬립성) 등의 다양한 특성이 우수한 열접착용 지방족 폴리에스터 필름이 요구되고 있다.

일본 특허공개 제2003-170560호는 열접착이 가능한 폴리락트산계 적층 필름 내에 평균 입경 0.1 내지 5.0㎛의 내블로킹제를 0.01 내지 1 중량%의 양으로 첨가하여 슬립성을 향상시키는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이 경우 슬립성의 향상은 가능하나 대전방지성 및 인쇄 적성을 향상시키기에는 부족하여, 인쇄 및 가공 공정에서 고속 주행시 정전기 및 인쇄 불량이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 열접착력이 우수하고, 잉크와 같은 코팅 물질에 대한 접착력이 개선되고, 대전방지성과 슬립성이 향상된, 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,

폴리락트산계 수지를 주성분으로 하는 제1수지층과 제2수지층을 포함하는 다층 지방족 폴리에스터 필름에 있어서,

제1수지층을 구성하는 성분의 L-락트산 함량이 90∼100 중량%이고, 제2수지층을 구성하는 성분의 D-락트산 함량이 5∼20 중량%이며, 제1수지층의 용융온도(Tm₁)와 제2수지층의 용융온도(Tm₂)의 차가 20℃ 이상이고,

제1수지층의 표면(제2수지층 접촉면 반대면)에, 표면 저항값이 10¹²Ω/□ 이하인 코팅층을 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 지방족 폴리에스터 필름은 L-락트산 함량이 90∼100 중량%, 바람직하게는 95∼100 중량%인 제1수지층과, D-락트산 함량이 5∼20 중량%, 바람직하게는 10∼15 중량%인 제2수지층을 포함한다. 제1수지층의 L-락트산 함량이 90 중량% 보다 적으면, 필름의 내열성 및 치수안정성이 저하되어 인쇄, 합지, 열접착 공정시 필름이 수축하는 문제점이 발생할 수 있다. 제2수지층의 D-락트산 함량이 5 중량% 보다 적거나 20 중량% 보다 많을 경우에는, 결정성이 높아져서 열접착성이 불량해질 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1수지층의 용융온도(Tm₁)와 제2수지층의 용융온도(Tm₂)의 차(층간 용융온도의 차, |Tm₁-Tm₂|)가 20℃ 이상일 필요가 있다. 층간 용융온도 의 차가 20℃ 보다 작을 경우, 열접착층(제2수지층)의 수지가 결정성을 갖게 되어 원하는 열접착성을 부여할 수 없다. 바람직하게는, 상기 층간 용융온도의 차는 30∼40℃ 범위일 수 있다.

본 발명에 따른 지방족 폴리에스터 필름은 제1수지층의 표면, 즉 제2수지층 접촉면 반대면에 하기 화학식 1로 표시되는 4급 암모늄 설페이트 유도체와 하기 화학식 2로 표시되는 폴리실록산계 수지를 포함하는 코팅층을 갖는다:

상기 식에서, R은 CH₃, OH, H 또는 COOH이고;

R'은 독립적으로 CH₃, COOH, OH 또는 CH₂CH₂OH이고;

X는 Cl, OH, OCH₃, OC₂H₅, H, NH₂, N(CH₃)₂ 또는 CH=CH₂이고;

n은 2 내지 15의 정수이다.

상기 코팅층은, 조성물 총 중량을 기준으로, 0.01 내지 1 중량%의 4급 암모늄 설페이트 유도체, 0.01 내지 0.5 중량%의 폴리실록산계 수지 및 나머지량의 용 매를 포함하는 표면 처리 조성물을 제1수지층 표면 위에 도포한 후 건조함으로써 형성될 수 있다. 이 코팅층은 10¹²Ω/□ 이하의 표면 저항값을 갖는다.

본 발명의 지방족 폴리에스터 필름은 5 내지 300㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 코팅층의 두께는 0.01 내지 0.5㎛인 것이 바람직하다. 또한, 제1수지층과 제2수지층의 두께비는 바람직하게는 1∼20:1, 더욱 바람직하게는 5∼9:1 범위이다. 제2수지층의 두께가 상기 두께비 보다 증가하면 필름 전체의 결정성이 감소하여 치수 안정성을 구현하기가 어렵고, 제1수지층의 두께가 상기 두께비 보다 증가하면 제2수지층과 또 다른 제2수지층과의 열접착 강도가 저하된다.

본 발명의 필름에 있어서, 제2수지층과 또 다른 제2수지층과의 열접착 강도가 90℃ 이상에서 500gf/inch 이상일 필요가 있다. 제2수지층간의 열접착 강도가 500gf/inch 이하이면 열접착성이 불량하여 유통 과정에서 층간 박리 현상이 발생할 수 있고 내용물이 새거나 부패를 야기시킬 수 있다. 바람직하게는, 90℃ 이상에서 상기 열접착 강도는 800gf/inch 이상일 수 있다.

본 발명의 필름은, 제1수지와 제2수지를 용융 압출한 후, 용융 압출된 시트를 통상적인 조건 하에서 동시이축연신법 내지는 축차이축연신법에 의해 종 및 횡연신한 다음, 상술한 표면 처리 조성물을 제1수지층 표면 위에 도포하고 건조하여 코팅층을 형성하고, 제1수지층의 용융온도(Tm₁) 보다 5 내지 30℃ 낮은 온도에서 5 내지 30초 동안 열처리함으로써 제조할 수 있다. 축차이축연신의 경우에는 종 연신한 후 코팅층을 먼저 형성시키고 나서 횡 연신을 수행할 수도 있다.

Tm₁ 보다 30℃ 이상 낮은 온도에서 열처리하면 내열성 및 치수 안정성이 불량하여 열접착 공정시 필름이 수축하는 문제가 발생할 수 있고, Tm₁ 보다 5℃ 이하로 낮은 온도에서 열처리하면 제조 공정시 두께 불량을 야기할 수 있다. 바람직하게는, 열처리를 Tm₁ 보다 10 내지 15℃ 낮은 온도에서 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 다층 지방족 폴리에스터 필름은, 열접착력이 우수할 뿐만 아니라 잉크 적성, 대전방지성 및 슬립성이 향상되어 후가공성이 우수하여 식품 포장재, 의류 포장재, 라벨 등의 용도에 유용하게 사용될 수 있다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

L-락트산 함량이 95 중량%이고 용융온도가 150℃인 폴리락트산계 수지를 제1수지층으로 하고, D-락트산 함량이 12 중량%이고 용융온도가 100℃인 폴리락트산계 수지를 제2수지층으로 하여, 제1수지층과 제2수지층의 두께비가 5:1이 되도록 제1수지와 제2수지를 용융 압출하였다. 용융 압출된 시트를 종 방향으로 3.0배 연신한 후, 조성물 총 중량을 기준으로 4급 암모늄 설페이트(화학식 1에서 R이 CH₃ 70 몰% 및 COOH 30 몰%임) 0.38 중량% 및 폴리실록산계 수지(화학식 2에서 R'가 CH₂CH₂OH이고, X가 NH₂임, 분자량 약 1000) 0.3 중량%를 포함하는 표면 처리 조성물 을 메이어바를 이용해 제1수지층 표면에 도포하고 건조하여 코팅층을 형성하였다. 이어, 횡 방향으로 4.0배 연신한 후 140℃에서 10초간 열처리하여 20㎛의 열접착용 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제조하였다. 이 필름에 형성된 코팅층 두께는 약 0.1㎛이었다.

비교예 1

L-락트산 함량이 80 중량%인 폴리락트산계 수지를 제1수지층으로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제조하였다.

비교예 2

D-락트산 함량이 3 중량%인 폴리락트산계 수지를 제2수지층으로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제조하였다.

비교예 3

제1수지층 표면에 표면 처리 조성물을 코팅하지 않은 것(코팅층을 형성하지 않은 것)을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제조하였다.

비교예 4

4급 암모늄 설페이트를 함유하지 않은 표면 처리 조성물을 사용하여 코팅층을 형성한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제조하였다.

비교예 5

횡 연신후 100℃에서 5초간 열처리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제조하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 열접착용 다층 지방족 폴리에스터 필름에 대하여 열접착 강도, 대전방지성, 슬립성, 잉크 접착성 및 열수축률 등을 다음과 같은 방법으로 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(1) 열접착 강도

필름 시료를 폭 1 inch, 길이 150 mm로 자르고, 이를 열접착층(제2수지층)끼리 서로 접하게 한 후 90℃에서 열접착시켰다. 180° 벗김 테스터(peel tester)를 이용하여 열접착된 시료를 200m/min의 박리 속도로 박리시켜 박리시의 최대 응력을 측정하고, 이를 폭으로 나눈 값을 열접착 강도(gf/inch)로 정의하였다 (열접착 강도(gf/inch) = 박리시 최대 응력(gf)/시료 폭(inch)).

(2) 대전방지성 (표면 저항)

대전방지성은 ASTM D 257법에 의하여 표면 저항을 측정하여 평가하였다. 표면 저항이 10¹²Ω/□ 이하이면 대전방지성이 우수한 것으로 간주한다.

(3) 슬립성 (마찰계수)

ASTM D 1894법에 준하여 하중 200g을 가한 상태에서 필름 제1수지층 또는 필름층끼리의 정/동 마찰계수를 측정하였다.

(4) 잉크 접착성

필름 제1수지층 또는 코팅층의 표면에 유색 잉크를 도포한 후 100℃에서 1분간 건조시켰다. 그런 다음, 도포된 잉크층에 셀로판 테이프를 부착하였다가 순간적으로 박리하는 과정을 3회 반복 실시하였다. 잉크 접착성은 도포된 유색 잉크층이 기재 필름에 남아 있는 정도로 다음과 같은 기준에 따라 평가하였다.

○ (우수) : 3회 박리후 도포된 유색 잉크층이 기재 필름에 어느 정도 남아 있는 경우

△ (보통) : 2회 또는 3회 박리후 도포된 유색 잉크층이 기재 필름에 남아 있지 않은 경우

× (불량) : 1회 박리후 도포된 유색 잉크층이 기재 필름에 남아 있지 않은 경우

(5) 열특성 분석

퍼킨엘머(Perkin-Elmer)사의 시차주사형 열분석기(DSC)를 이용하여 10℃/분의 승온 속도에서 관찰된 흡열 곡선의 피크점을 필름의 융점(Tm, ℃)으로 하였다.

(6) 열수축률(%)

길이 200mm 및 폭 15mm의 필름 시료를 100℃로 유지되는 오븐 내에서 5분간 방치한 후 필름의 길이를 측정하여 하기 수학식 1에 따라 종 및 횡방향의 수축률을 산출하였다. 산출된 수축률을 가지고 다음과 같은 기준에 따라 평가하였다:

양호 : 수축률 5% 이내

불량 : 수축률 5% 이상

수축률(%) = (열처리전 길이 - 열처리 후 길이)/열처리전 길이 × 100

상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에 따른 실시예에서 제조된 폴리에스터 필름은 열접착성, 대전방지성, 슬립성, 인쇄성 및 치수안정성이 모두 우수한 반면에, 본 발명의 조건 범위에서 벗어나는 비교예 1 내지 5에서 제조된 필름은 측정 물성 중 하나 이상의 물성이 현저히 뒤떨어짐을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 지방족 폴리에스터 필름은 열접착력이 우수할 뿐만 아니라 잉크 적성, 대전방지성 및 슬립성이 향상되어 후가공성이 우수하여 식품 포장재, 의류 포장재, 라벨 등의 용도에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

제1수지층과 제2수지층을 포함하는 다층 지방족 폴리에스터 필름에 있어서,

제1수지층을 구성하는 성분의 L-락트산 함량이 90∼100 중량%이고, 제2수지층을 구성하는 성분의 D-락트산 함량이 5∼20 중량%이며, 제1수지층의 용융온도(Tm₁)와 제2수지층의 용융온도(Tm₂)의 차가 20℃ 이상이고,

제1수지층의 표면(제2수지층 접촉면 반대면)에, 표면 저항값이 10¹²Ω/□ 이하인 코팅층을 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
제 1 항에 있어서,

코팅층이 하기 화학식 1로 표시되는 4급 암모늄 설페이트 유도체 및 하기 화학식 2로 표시되는 폴리실록산계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름:

화학식 1

화학식 2

상기 식에서, R은 CH₃, OH, H 또는 COOH이고;

R'은 독립적으로 CH₃, COOH, OH 또는 CH₂CH₂OH이고;

X는 Cl, OH, OCH₃, OC₂H₅, H, NH₂, N(CH₃)₂ 또는 CH=CH₂이고;

n은 2 내지 15의 정수이다.
제 1 항에 있어서,

코팅층이, 조성물 총 중량을 기준으로, 0.01 내지 1 중량%의 4급 암모늄 설페이트 유도체, 0.01 내지 0.5 중량%의 폴리실록산계 수지 및 나머지량의 용매를 포함하는 표면 처리 조성물로부터 유도된 것임을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
제 1 항에 있어서,

코팅층이 0.01 내지 0.5㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
제 1 항에 있어서,

제1수지층과 제2수지층이 1∼20:1의 두께비를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
제 1 항에 있어서,

제2수지층과 또 다른 제2수지층과의 열접착 강도가 90℃ 이상에서 500gf/inch 이상인 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
제1폴리락트산계 수지와 제2폴리락트산계 수지(이때, 상기 제1폴리락트산계 수지와 제2폴리락트산계 수지의 용융온도 차가 20℃ 이상임)를 용융 압출한 후, 용융 압출된 시트를 일축 또는 이축 연신한 다음, 상기 제1폴리락트산계 수지층 위에 표면 저항값이 10¹²Ω/□ 이하인 코팅층을 형성하고, 열처리하는 것을 포함하는, 제1항에 따른 다층 지방족 폴리에스터 필름의 제조방법.
제 7 항에 있어서,

열처리가, 제1폴리락트산계 수지층의 용융온도 보다 5 내지 30℃ 낮은 온도에서 5 내지 30초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름의 제조방법.