KR101219525B1 - 열수축성 폴리에스테르 필름 - Google Patents

열수축성 폴리에스테르 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열수축성 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 80 ℃의 온수에서 30 초간 열처리시 종방향 및 횡방향의 수축률이 20 ％ 이상이고 양방향 균등 특성 상수가 0.25 내지 2.5 인 것을 특징으로 하며, 다이커팅성이 우수할 뿐만 아니라 유리병 등의 용기를 재활용시 온수에서 쉽게 제거되는 특성을 나타낸다.

Description

열수축성 폴리에스테르 필름{HEAT-SHRINKABLE POLYESTER FILM}
본 발명은 유리병과 같은 용기에 점착 라벨 등으로서 사용될 수 있는 열수축성 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.
열수축성 필름, 특히 병 몸통 부분에 부착되는 라벨용 수축필름으로서, 폴리염화비닐, 폴리스티렌 등으로 제조된 필름이 주로 사용되고 있다. 그러나 폴리염화비닐은 소각시에 염소계 가스가 발생하는 문제가 있고, 폴리스티렌은 인쇄가 용이하지 않은 문제가 있다. 또한 PET 병에 적용되는 경우 회수시에 PET 이외의 수지로 제조된 라벨을 분별할 필요가 있어서, 최근에는 열수축성 폴리에스테르 필름이 주목을 받고 있다.
한편, 통상적으로 열수축성 필름이 장착된 유리병 등의 용기를 재활용하는 경우, 가정 및 업소에서 소비자들이 직접 라벨을 분리하거나 또는 유리병 재활용 과정에서 라벨 제거기(label remover)를 이용하여야 하기 때문에, 대부분의 유리병은 세정과정에서 세정액에 의해 쉽게 제거될 수 있는 종이 라벨을 사용하고 있다.
최근 들어, 1 축 열수축 필름에 인쇄 및 점착제를 도포한 후 다이커팅(die-cutting)을 통해 라벨을 만들어 유리병에 적용하는 기술이 사용되고 있다. 이러한 열수축 점착 라벨을 사용할 경우 유리병의 세정과정에서 비교적 고온의 세정액에 의해 점착 열수축 라벨이 수축되면서 병에서 쉽게 제거될 수 있다.
그러나, 상기와 같이 1 축 필름 등을 사용한 기존의 열수축 라벨은, 다이커팅성이 불량하고 유리병 세정과정에서 제거될 때 불량률이 큰 문제점이 있어서, 이를 해결할 수 있는 새로운 필름이 요구되고 있다.
발명의 요약
따라서, 본 발명의 목적은 점착 라벨 가공시 필요한 다이커팅성을 갖추면서 양방향으로 우수한 수축력을 나타내어 재활용 용기의 세정 작업시 필름의 용이하게 제거되는 등의 공정의 경제성을 달성할 수 있는 열수축성 폴리에스테르 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 80 ℃의 온수에서 30 초간 열처리시 종방향 및 횡방향의 수축률이 각각 20 ％ 이상이며, 하기 수학식 1 로 표시되는 양방향 균등 특성 상수가 0.25 내지 2.5 인 열수축성 폴리에스테르 필름을 제공한다.
수학식 1
A = ( MD - MS ) / ( TD - TS )
상기 식에서, A는 양방향 균등 특성 상수이고, MD 와 TD 는 각각 종방향 및 횡방향의 파단 신율(％)이며, MS 와 TS 는 각각 종방향 및 횡방향의 파단 강도(kg/mm2)이고, 이 때 각 항목의 단위를 제외한 각각의 계수값만 취하여 계산한다.
이와 같이, 본 발명에 따르는 열수축성 폴리에스테르 필름은 다이커팅성이 우수하여 점착 라벨의 제조를 용이하게 하고, 재활용성 유리병 등의 용기에서 쉽게 제거될 수 있어 비용이 절감되는 등의 우수한 효과를 나타낸다.
발명의 상세한 설명
이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 열수축성 폴리에스테르 필름은 80 ℃의 온수에서 30 초간 열처리시 종방향 및 횡방향의 수축률이 각각 20 ％ 이상, 바람직하게는 각각 25 내지 60 ％이며, 상기 수학식 1 로 표시되는 양방향 균등 특성 상수가 0.25 내지 2.5 인 것을 특징으로 한다. 상기 양방향 균등 특성 상수가 0.25 보다 낮거나, 2.5 보다 높으면, 한쪽 방향(종방향 또는 횡방향)으로 분자 배향이 진행되어 다이커팅성이 불량해지거나 세정 과정에서 양방향 수축력 부족으로 라벨 제거율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 열수축성 폴리에스테르 필름에 사용하는 폴리에스테르로서, 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르복실산 등의 산 성분; 및 에틸렌디올, 프로판디올, 부탄디올, 헥산디올, 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올 등의 디올 성분을 반응시켜 얻어지는 폴리에스테르를 사용할 수 있다. 바람직한 디올 성분으로서, 탄소수 3 내지 6 의 프로판디올, 부탄디올, 헥산디올 및 네오펜틸글리콜 중 1 종 이상의 디올 성분을 함유하는 것이 좋으며, 특히 네오펜틸글리콜을 디올 성분의 1 종으로서 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 필름에 사용되는 폴리에스테르 수지의 유리전이온도(Tg)는 55 내지 80 ℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 열수축성 폴리에스테르 필름에 사용하는 폴리에스테르로서, 상기 바람직한 폴리에스테르 중, 1 종을 단독으로 사용해도 좋고 2 종 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다.
바람직하게는, 본 발명의 열수축성 폴리에스테르 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 총 필름의 중량 대비 60 내지 95 중량％로 함유하는 것이 좋다.
본 발명의 열수축성 폴리에스테르 필름은 동시 또는 축차 연신법의 2 축 연신으로서 제조가능하다. 이 때 종방향 및 횡방향 연신비는 각각 2.5 내지 4.5 배인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 종방향 및 횡방향 연신비가 각각 3.0 내지 4.0 배인 것이 좋다.
이 때, 종방향 연신비와 횡방향 연신비의 차는 1.0 이하인 것이 바람직하다. 이는 종방향 및 횡방향의 균일한 다이커팅성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 횡방향 연신 공정에 있어서 통상적인 횡방향 연신법을 이용할 수도 있지만, 다이커팅성을 보다 향상시키기 위해서 연신구간 중 중립구간을 설정하여 2 개 구간으로 나누어 실시하는 것이 바람직하다.
아울러, 연신 온도는 80 내지 120 ℃가 바람직하다.
본 발명의 필름은 상기와 같은 원료 수지의 연신 공정 후에, 원료 수지의 유리전이온도(Tg) 이하의 온도에서 냉각 공정을 거쳐 제조되는 것이 바람직하다. 이는 최종 필름의 평활도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 열수축성 폴리에스테르 필름은 본 발명의 작용을 저해하지 않는 범위 내에서, 이활성을 향상시키기 위한 무기활제, 유기활제, 착색제, 산화방지제, 상용제, 정전방지제 및 자외선흡수제 등의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다.
본 발명의 열수축성 폴리에스테르 필름의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 라벨용 수축필름으로서 사용하는 경우 10 내지 200 ㎛인 것이 바람직하고, 30 내지 60 ㎛인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 폴리에스테르 필름은, 인쇄 후 점착층을 코팅하여 점착 라벨을 제작할 때 다이커팅성이 우수하고, 유리병 등의 용기에 점착 라벨링 후 용기를 재활용하기 위해 라벨을 제거하는 과정에서 온수로 세정할 때 쉽게 제거되는 특성이 우수하여, 재활용성 유리 용기의 점착 라벨용 필름으로 사용시 우수한 성능을 발휘할 수 있으며, 그 외 수축 랩포장, 번들 포장 등의 용도에서도 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
디메틸테레프탈레이트 100 몰부에 대해 네오펜틸글리콜 20 몰부, 에틸렌글리콜 80 몰부로 공중합된 폴리에스테르(유리전이온도: 70～75 ℃)를 제조하고, 여기에 필름의 주행성을 향상시키기 위한 무기활제를 400 ppm 첨가하였다 이를 280 ℃에서 용융하고 티-다이(T-die)로 압출한 후, 냉각 롤에서 급냉하여 미연신필름을 얻었다.
수득한 미연신필름을, 85 ℃로 가열된 롤의 주속차에 의해서 종방향으로 3.6 배 연신하였다. 이어서, 횡방향 연신장치(텐터)를 이용하여 95 내지 105 ℃의 열풍 하에서 횡방향으로 3.6 배 연신하고, 중립 구간을 거쳐 85 내지 95 ℃의 열풍 하에서 1.1 배 연신하여 총 횡방향 연신비가 3.96 배(3.6 × 1.1 배)가 되도록 한 뒤, 열처리 구간 없이 바로 60 ℃에서 냉각하여 필름을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 얻은 미연신 필름을 85 ℃로 가열된 롤의 주속차에 의해서 3.4 배 종방향 연신하고, 이어서 횡방향 연신장치(텐터)내에서 95 내지 105 ℃ 열풍 하에서 횡방향으로 4.0 배 연신 후 열처리없이 바로 60 ℃에서 냉각하여 필름을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 얻은 미연신 필름을 종방향 연신 없이, 횡방향 연신장치(텐터)내에서 95 내지 105 ℃ 열풍 하에서 횡방향으로 4.5 배 연신 후 85 ℃에서 열처리하여 필름을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 얻은 미연신 필름을 80 ℃로 가열된 롤의 주속차에 의해서 1.5 배 종방향 연신하고, 이어서 횡방향 연신장치(텐터)내에서 95 내지 105 ℃ 열풍 하에서 횡방향으로 4.0 배 연신 후 85 ℃에서 열처리하여 필름을 제조하였다.
비교예 3
상기 비교예 2 와 동일한 방법으로 필름을 제조하되, 횡방향 연신 후 열처리없이 필름을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 얻은 미연신 필름을 85 ℃로 가열된 롤의 주속차에 의해서 3.5 배 종방향 연신하고, 이어서 횡방향 연신장치(텐터)를 이용하여 95 내지 105 ℃ 열풍 하에서 2.0 배 횡방향 연신 후 85 ℃ 열처리하여 필름을 제조하였다.
하기 표 1 은 상기 설명한 미연신 필름을 이용한 필름 제조 공정을 정리한 것이다.
Figure 112010073676352-pct00001
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 열수축성 폴리에스테르 필름을 다음의 시험방법에 의해 평가하여 하기 표 2 에 정리하였다.
(1) 파단 강도 및 파단 신율
ASTH D 882 에 의거하여 측정하였으며, 인스트론(INSTRON)사의 만능물성시험기(UTM, 모델명: 4206-001)를 이용하여, 제조한 필름을 길이 약 100 또는 15 mm 로 재단하고 척간 간격이 50 mm 가 되도록 장착한 후, 인장속도 200 mm/min 의 속도로 실험하여 설비에 내장된 프로그램에 의해 계산된 파단강도(kg/mm2)와 파단신도(％)의 값을 얻었다. 동일한 방법으로 각 측정방향(종방향, 횡방향)에 대해 각각 5 회씩 측정하여 이의 평균값을 얻었다.
(2) 양방향 균등 특성 상수
상기 시험 (1)의 결과로부터, 양방향 균등 특성 상수(A) = ( MD - MS) / ( TD - TS)를 구했다 (상기 식에서, MD 및 TD 는 각각 종방향 및 횡방향의 파단 신율(％)이며, MS 및 TS 는 각각 종방향 및 횡방향의 파단 강도(kg/mm2)이고, 각 항목은 단위를 제외한 계수값만 취하여 계산한다).
(3) 열수축률
필름 성형시의 압축방향을 종방향(MD)으로 하고, 두 변이 종방향에 평행하고 다른 두 변이 횡방향(TD)에 평행하도록 10 × 10 cm 의 정방향으로 재단하고, 70, 80, 90 및 100 ℃의 온수 중에 무하중 상태로 30 초간 침지 처리하여 열수축시킨 후, 필름의 종방향 및 횡방향의 치수를 측정하여, 하기의 식에 따라 열수축률을 구했다.
열수축률(％) = [(수축 전의 길이 - 수축 후의 길이) / 수축 전의 길이] × 100
(4) 다이커팅성
일반적으로 다이커팅 가공업체에서 많이 사용되는 톰슨 커터(Thompson cutter)를 사용하여, 제조된 필름을 1000 개 이상 다이커팅하였을 때 커팅되지 않는 개수를 확인하여 불량률을 계산하였다.
우수 : 불량률 2％ 이하
보통 : 불량률 2 ～ 5 ％
불량 : 불량률 5％ 이상
(5) 라벨 제거율
제조된 필름에 점착층을 도포 및 다이커팅하여 점착 라벨을 제조하고, 이 점착 라벨을 유리병에 1000개 이상 붙였다. 3 일 경과 후 80 ℃ 온수에서 30 초 열처리 후 제거된 유리병의 개수를 확인하여 라벨 제거율을 계산하였다.
우수 : 제거율 99 ％ 이상
보통 : 제거율 97 ～ 99 ％
불량 : 제거율 97 ％ 이하
Figure 112010073676352-pct00002
상기 표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 2 의 필름은 0.25 내지 2.5 의 양방향 균등 특성을 가질 뿐만 아니라, 비교예 1 내지 4 의 필름과 비교하였을 때 동일한 온도에서 양방향으로 우수한 수축률을 보이므로, 다이커팅성 및 라벨 제거율이 높아서 점착 라벨 제작 및 용기 재활용 과정에서 라벨이 용이하게 제거될 수 있다.
본 발명을 상기의 구체적인 실시예와 관련하여 기술하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에서 당 분야의 숙련자는 본 발명을 다양하게 변형 및 변화시킬 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 특징들은 첨부된 도면과 함께 하기 본 발명의 설명으로부터 명확해질 것이다:
도 1 은 톰슨 커터(Thompson cutter)를 이용하여 필름의 다이커팅성을 측정하는 방법을 도시한 것이다.

Claims (7)

  1. 80 ℃의 온수에서 30 초간 열처리시 종방향 및 횡방향의 수축률이 각각 20 내지 60 ％ 이며, 하기 수학식 1로 표시되는 양방향 균등 특성 상수가 0.25 내지 2.5인 열수축성 폴리에스테르 필름:
    수학식 1
    A = ( MD - MS ) / ( TD - TS )
    상기 식에서, A 는 양방향 균등 특성 상수이고, MD 및 TD 는 각각 종방향 및 횡방향의 파단 신율(％)이며, MS 및 TS 는 각각 종방향 및 횡방향의 파단 강도(kg/mm2)이고, 각 항목은 단위를 제외한 계수값만 취하여 계산한다.
  2. 제 1 항 있어서,
    상기 열수축성 폴리에스테르 필름에 사용하는 폴리에스테르 수지가,
    테레프탈산, 이소프탈산 및 나프탈렌디카르복실산으로 이루어진 군에서 선택된 산 성분; 및 에틸렌디올, 프로판디올, 부탄디올, 헥산디올, 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜 및 1,4-시클로헥산디메탄올로 이루어진 군에서 선택된 디올 성분을 반응시켜 얻어지는 폴리에스테르 수지임을 특징으로 하는 열수축성 폴리에스테르 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열수축성 폴리에스테르 필름이 폴리에틸렌테레프탈레이트를 60 내지 95 중량％ 함유하는 것을 특징으로 하는 열수축성 폴리에스테르 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열수축성 폴리에스테르 필름이 종방향 및 횡방향으로 각각 2.5 내지 4.5 배로 연신된 것임을 특징으로 하는 열수축성 폴리에스테르 필름.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 종방향 연신비와 횡방향 연신비의 차가 1.0 이하인 것을 특징으로 하는 열수축성 폴리에스테르 필름.
  6. 제 1 항 있어서,
    상기 열수축성 폴리에스테르 필름이 80 내지 120 ℃에서 연신된 것임을 특징으로 하는 열수축성 폴리에스테르 필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열수축성 폴리에스테르 필름이, 연신 후에 원료 폴리에스테르 수지의 유리전이온도(Tg) 이하의 온도에서 냉각 공정을 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 열수축성 폴리에스테르 필름.
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