KR101321669B1

KR101321669B1 - 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 ｐｅｔ 필름 제조 방법

Info

Publication number: KR101321669B1
Application number: KR1020100060334A
Authority: KR
Inventors: 서문규
Original assignee: (주) 에버코트; 청주대학교 산학협력단
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2013-10-23
Also published as: KR20120000152A

Abstract

본 발명은 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법에 관한 것으로, 상압 대기 중 또는 상기 대기에 아르곤을 혼합 공급하는 반응가스 하에서, 유전체 장벽 코로나 방전장치에 고주파 고전압 전원을 인가시켜 코로나 방전을 발생시키고, 상기 코로나 방전 발생 영역에 PET 필름을 통과시켜, 상기 PET 필름의 표면 물성을 변화시킴으로써, 상기 PET 위에 코팅하는 PVC 졸과의 계면 접착력을 감소시켜 적절한 이형력을 갖는 캐리어용 PET 필름을 제조할 수 있는 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법을 제공한다.

Description

캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 ＰＥＴ 필름 제조 방법{CARRIER FILM MANUFACTURING METHOD FOR OPTIMIZING RELEASE FORCE WIHT CAST FILM}

본 발명은 PVC(PolyVinyl Chloride) 캐스트 필름의 캐리어로 사용되는 PET (PolyEthylene Terephthalate) 필름의 표면을 유전체 장벽 코로나 처리하여 PET 필름 위에 코팅되는 PVC 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법에 관한 것이다.

캐스트 필름(Cast film)이라 함은 대기업 로고, 주유소, 차량용 래핑 필름 등 옥외 광고용으로 광범위하게 사용하는 필름이나 수송 및 저장을 위해 제조된 제품 또는 물품을 보호하고 통합하기 위해 사용되는 투명성이 높은 필름으로서, 주로 PVC 수지를 이용해 제작된다.

이러한 캐스트 필름을 제조하는 공정은 크게 2 단계로 이루어지는데, 먼저 캐리어 필름으로 사용하는 PET 필름 위에 PVC 졸(Sol)을 코팅하고 고온에서 겔링(Galling)시킨 후 이를 다시 점착제가 코팅된 이형지로 전사시켜 롤(Roll) 제품으로 제조하고 처음 사용한 PET 필름은 다시 회수하여 재사용한다. 이때 캐리어 필름으로 사용되는 PET 필름과 PVC 필름 사이에 적절한 크기의 접착력을 유지하는 것이 중요한데, 이들 사이의 계면 접착력이 너무 크면 이형지 쪽으로의 전사가 어려워지고, 계면 접착력이 너무 작으면 PET 필름과의 사이가 들떠 불량률을 높이기 때문이다.

높은 표면에너지 수지		낮은 표면에너지 수지
Nylon	46	Polystyrene(PS)	36
PET	43	PE	31
PVC	39	Silicon oil	20~21
Acrylic	38	Teflon	18~19

상기 표 1에 주요 고분자 물질의 표면에너지를 나타내었다.

표 1에 보인 바와 같이, 고분자 중에서도 산소를 포함하는 극성기를 가지는 Nylon, PET, Acrylic 등의 높은 표면에너지를 갖는 그룹은 극성기를 전혀 갖지 않는 PS, PE 등의 낮은 표면에너지를 갖는 그룹에 비해 표면에너지가 높다. 즉, 비극성 고분자 표면에 산소가 도입되면 -OH, C-O, O-C=O 등 극성기가 생성되어 표면에너지가 증가하고, 그로 인해 보다 나은 접착성(Adhesion)과 젖음성(Wetting)을 띠게 된다.

PVC의 경우는 분자에 포함된 염소 원자 때문에 약간의 극성을 띠어 표면에너지가 39 dyne/cm로 PE나 PP(약 30 dyne/cm) 등에 비하면 높은 편이지만 PET나 Nylon에 비하면 낮다. 한편, PE나 PP 제품은 표면에너지가 낮아 접착성 및 젖음성이 부족하다는 결점이 있다.

본 발명에서 사용하는 필름, 수지 및 점착제는 PET, PVC, Acrylic 등의 고분자로서, 38~43 dyne/cm 정도의 높은 표면에너지를 갖는다.

일반적으로 접착성 및 젖음성을 향상시키기 위한 프라이머(Primer)나 탈착을 용이하게 해주는 이형제의 경우 매트릭스(Matrix) 필름과의 표면에너지 차이가 5~10 dyne/cm 정도일 때가 가장 적합하다고 알려져 있다.

따라서 PVC 컬러시트(Color Sheet)를 제조하는데 사용하는 PET 필름은 표면을 특수 처리하여 최적의 이형력을 가지도록 해야 하므로, 대부분의 경우 이형제를 얇게 코팅하여 적절한 이형력을 갖도록 하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이러한 종래의 제조방법은 이형제를 코팅하고 건조시키는 공정이 추가로 수행되어야 하므로 공정이 길고 복잡하며 제조비용이 높아지는 문제점이 있다.

따라서 상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이형제를 코팅하지 않고 이형력을 조절하여 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 일반 PET 필름의 생산공정 라인에서 PET 필름의 표면에너지를 조절함으로써 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법은, 상압 대기중에서 유전체 장벽 코로나 방전장치에 고주파 고전압 전원을 인가시켜 코로나 방전을 발생시키고, 상기 코로나 방전 영역에 PET 필름을 통과시켜 PET 필름의 표면 물성을 변화함으로써, 상기 PET 필름의 표면에 코팅되는 PVC 졸과의 계면 접착력을 감소시켜 적절한 이형력을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법에 있어서 상기 코로나 방전은, 반응가스로 상기 대기에 아르곤(Ar)을 첨가하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법은, 캐리어 PET 필름 제조 방법에 있어서, 상압 대기중에서 실리콘 수지가 코팅된 롤러 전극과 칼날 형태의 두 전극 사이에 10 kV 의 고전압 전원을 인가되는 유전체 장벽 코로나 방전장치를 구성하고, 상기 두 전극 사이로 상기 PET 필름을 통과시켜 PET 필름의 표면 물성을 변화함으로써, 상기 PET 필름의 표면에 코팅되는 PVC 졸과의 계면 접착력을 감소시켜 10 gf/in. 의 이형력을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 PET 필름 위에 PVC 졸을 코팅하기 전에 생산 라인 상에서 간단한 유전체 장벽 코로나 방전 처리 장치를 설치하여 PVC 캐스트 필름과의 적절한 이형력을 갖는 PET 필름을 얻을 수 있으므로, 간단한 처리공정으로 원하는 이형력을 얻을 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 기존의 이형처리 코팅공정과 건조공정이 필요하지 않아 공정 라인 길이의 감소 및 원가 절감 효과가 있으며, 이형제 사용시 발생하는 휘발 솔벤트에 의한 대기 오염을 줄일 수 있는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 유전체 장벽 코로나 방전 처리 부분에 준밀폐공간을 설치하고 부분적으로 아르곤 기체를 혼합 공급하면 보다 효율적인 처리 효과를 얻을 수 있고, 반복 사용하는 캐리어 PET 필름의 이형력이 약간 감소하는 경우에도 손쉽게 코로나 처리를 반복 시행할 수 있으며, 이에 따라 제조비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐리어 PET 필름을 표면 처리하는 유전체 장벽 코로나 발생장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 유전체 장벽 코로나 방전에 따른 PET 필름의 이형력 변화를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 유전체 장벽 코로나 방전 전압 변화 대비 PET 필름의 접촉각 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 유전체 장벽 코로나 방전 전극간 거리 변화 대비 PET 필름의 접촉각 변화를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 유전체 장벽 코로나 방전 시 필름의 이동속도 변화 대비 PET 필름의 접촉각 변화를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 유전체 장벽 코로나 방전 전압에 따른 PET 필름의 광전자분광분석 (XPS, X-ray Photoelectron Spectroscopy) 중 C 1s 결합에너지 분석 결과를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 유전체 장벽 코로나 방전 전압에 따른 PET 필름의 광전자분광분석 (XPS, X-ray Photoelectron Spectroscopy) 중 O 1s 결합에너지 분석 결과를 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 유전체 장벽 코로나 방전 처리 PET 필름과 코로나 처리하지 않은 PET 필름을 사용하여 PVC 캐스트 필름 제조 후 박리한 PET, PVC 계면의 전자현미경 사진,
도 9는 본 발명에 따른 유전체 장벽 코로나 처리한 PET 필름을 사용하여 PVC 캐스트 필름 제조 후 박리한 PET 표면의 에너지분산분광 (EDS) 분석 결과,
도 10은 본 발명에 따른 유전체 장벽 코로나 처리한 PET 필름을 사용하여 PVC 캐스트 필름 제조 후 박리한 PET의 광투과도 변화를 나타낸 그래프.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법은 PVC 캐스트 필름 제조시 캐리어로 사용하는 PET 필름을 유전체 장벽 코로나 방전 처리하여, PET와 PVC 졸 사이의 계면접착력이 적절한 영역의 값을 갖도록 한다. 여기서, 적절한 영역의 값이라 함은 약 10 gf/in. 의 이형력(계면접착력)을 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법은 PET 필름의 계면 특성을 변화시켜 그 위에 코팅할 PVC 졸과의 계면접착력을 감소시켜 적절한 이형력을 갖도록 하기 위해, 실리콘 수지가 코팅된 롤러 전극과 날카로운 칼날 형태의 전극 사이에 약 10 kV 정도의 고전압을 인가하고 두 전극 사이로 PET 필름을 통과시켜 유전체 장벽 코로나 표면 처리를 수행한다.

또한, 본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법은 상기 유전체 장벽 코로나 표면처리에 사용되는 반응가스로 주로 대기압의 공기를 사용하거나, 표면 처리의 효율성을 높이기 위해 아르곤(Ar)을 혼합한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조를 위하여 PET 필름을 코로나 처리하는 유전체 장벽 코로나 발생장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 표면 처리 후 PVC 졸 코팅-건조-분리-권취 공정을 함께 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유전체 장벽 코로나 발생장치는 스테인리스 봉 위에 실리콘 수지를 4 mm 코팅한 접지 전극과 그 위쪽에 5 mm 폭의 긴 칼날 형태의 인가 전극으로 구성된다.

이하에서는 일 실시 예로서, 기본 반응가스인 공기 및 아르곤을 이용한 방전에 대해 실험 데이터를 참조하여 상세히 설명한다. 구체적인 코로나 방전 처리 조건은 다음과 같다.

<코로나 방전 처리 조건>

반응 압력 : 대기압

반응 기체 : 공기 또는 공기+아르곤(Ar),

반응 온도 : 상온

방전 전압 : 5 ~ 12 kV

방전 주파수 : 5~40 kHz

전극 사이 거리 : 2.1 ~ 3.5 mm

유전체 : 실리콘 수지 4 mm

권취 속도 : 6 ~ 20 cm/sec

코로나 처리 횟수 : 1 ~ 3 회

도 2는 본 발명의 유전체 장벽 코로나 방전 조건에 따라 표면 처리된 PET 필름을 사용하여 PVC 캐스트 필름을 제조한 후 하기의 표 2와 같은 조건으로 이형력을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

각도	속도	분석기기	단위/규격
90°	300 inch/min	AR-1000 TLMI	gf/25mm

도 2에 도시된 바와 같이, 특별히 표면처리하지 않은 일반 PET를 사용하여 제조한 PVC 캐스트 필름과의 이형력은 137 gf/in.의 매우 높은 값을 보여 박리에 큰 힘이 필요하지만, 본 발명에 따른 코로나 처리에 의해 이형력은 현저히 감소한 것을 보여준다.

도 2를 참조하여 본 발명에 따른 코로나 처리에 의한 이형력 변화를 좀 더 상세히 살펴보면, 대기중에서 1회 코로나 처리한 경우에는 17 gf/in., 3회 코로나 처리한 경우에는 14.5 gf/in.의 매우 우수한 이형 특성을 나타낸다.

한편, 코로나 방전 영역에 아르곤을 일부 혼합하여 공급한 경우에는 코로나 1, 3회 처리시 각각 11.0, 9.9 gf/in.의 이형력을 나타내었으며, 이 값은 이형제 코팅 처리한 경우의 이형력 9.5 gf/in.와 거의 비슷한 수준으로서, 본 발명의 대상 물질인 캐리어 PET-PVC 캐스트 필름 사이의 최적의 이형력인 10 gf/in.에 근접한 매우 우수한 결과를 보이고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 코로나 방전 전압 대비 PET 필름의 표면에너지 변화를 알아보기 위해 물접촉각을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 코로나 방전에 의해 물접촉각이 낮아진 것을 확인할 수 있으며, 이는 표면에너지가 크게 높아졌음을 시사한다. 또한, 아르곤을 혼합하면 그 효과가 더욱 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 한가지 특기할 점은 방전 전압 6 kV 이상의 경우에는 전압을 높여도 그 영향은 크게 변하지는 않는다.

도 4 및 도 5는 각각 전극 사이 거리와 필름 이동속도의 변화에 따른 물접촉각 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 역시 코로나 처리에 의해 물접촉각이 현저히 낮아져 표면에너지가 증가했음을 알 수 있다. 이때, 전극 사이 거리와 이동 속도의 차이에 의한 변화는 그다지 크게 나타나지 않아 특정 조건 이상의 영역에서는 코로나 방전 강도에 의한 차이는 현저하지 않음을 알 수 있다.

도 6 및 7은 코로나 처리한 PET 필름의 표면 조성 및 화학적 상태를 알아보기 위해 X-선 광전자 분광기(XPS)로 분석한 결과를 나타낸 그래프로서, 도 6은 C 1s 전자의, 도 7은 O 1s 전자의 결합에너지 스펙트럼이다. 도 6, 7의 결과를 보면, 코로나 처리에 의해 산소 피크가 증가하였고, 특히 아르곤을 혼합한 경우에 가장 크게 검출되고 있다.

상기 도 3 내지 도 7의 결과에 나타난 바와 같이, 코로나 처리에 의해 PET 표면에 산소 성분이 결합되어 들어갔음을 확인할 수 있으며, 이는 공기 중 또는 산소 분위기 하에서 플라즈마 또는 코로나 방전 영역에 고분자 필름을 통과시킬 경우에 관측되는 일반적인 결과로서, 산소가 결합됨에 따라 표면에너지가 증가하여 물접촉각이 감소한다. 이 경우 일반적으로 피착체와의 접착력이 향상되지만 본 발명에서는 오히려 접착력이 현저히 감소하여 코로나 처리하지 않은 경우에 비해 약 1/10~1/20 정도의 이형력을 보이는데, 이는 일반적인 경향에서 벗어난 현상으로서, 본 발명의 핵심적인 특징이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 PET-PVC 캐스트 필름의 계면을 박리한 후 각각 박리면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다. 도 8을 참조하면, 코로나 처리하지 않은 PET 필름을 사용하여 제조한 PET-PVC 캐스트 필름의 박리면은 PVC 캐스트 필름에서 PET 캐리어 필름 쪽으로 100 nm 정도의 미세한 덩어리들이 떨어져나간 듯한 모습을 보인다. 반면 코로나 표면 처리한 PET 필름을 이용하여 제조한 PET-PVC 캐스트 필름의 박리면에서는 떨어져 나간 덩어리들의 크기가 수백 nm ~ 1 μm 정도로 훨씬 커졌음을 확인할 수 있다.

도 9는 상기 도 8의 덩어리 부분의 성분을 에너지분산분광기(EDS)로 분석한 결과로서, 덩어리 부분에서 바륨(Ba)이 검출되었다. PVC 가공시 열안정제로 Ba-Zn 계 화합물을 2.5 phr 첨가하는데, 가공 중 분해된 후 크기가 큰 바륨이 표면으로 이행되어 온 것으로 추정된다. 이를 확인하기 위해 열안정제를 전혀 혼합하지 않은 PVC 캐스트 필름의 박리면 사진을 도 8의 아래쪽에 보였으며, 예상대로 박리면은 매우 깨끗함을 확인할 수 있다.

이상의 결과를 종합하면 코로나 표면처리에 의해 PET 필름의 표면에너지가 높아짐에도 불구하고 PVC 캐스트 필름과의 계면접착력이 현저히 낮아져 적절한 이형력을 가지는 이유는 하기와 같다.

PVC 캐스트 필름 제조시 필수적으로 혼입하는 열안정제는 특성상 가공 과정에서 표면으로 이행되어 표면 농도가 높아지는데, 코로나 처리에 의해 PET표면의 미소 부분의 표면에너지가 높은 부분으로 수백 nm ~ 1 μm 크기로 국부적에서 모여 그 부분의 계면접착력이 상대적으로 많이 낮아진다.

이처럼 수백 nm ~ 1 μm 크기의 덩어리가 떨어져 나오면 약간의 백탁(haze)을 띠게 되는데, 그 영향을 알아보기 위해 광투과도를 측정하여 도 10에 나타내었다. 도 10을 참조하면 열안정제 첨가량이 증가하면 광투과도가 감소하지만, 2.5 phr 첨가한 경우에도 97% 이상의 광투과도를 나타내 크게 문제될 정도는 아님을 확인할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법은 PET 필름 위에 PVC 졸을 코팅하기 전에 생산 라인 상에서 간단한 유전체 장벽 코로나 방전 처리 장치를 설치하여 PVC 캐스트 필름과의 적절한 이형력을 갖는 PET 필름을 얻을 수 있으므로, 간단한 처리공정으로 원하는 이형력을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법은 기존의 이형처리 코팅공정과 건조공정이 필요하지 않아 공정 라인 길이를 감소시키고, 이에 따라 원가를 절감시킬 수 있으며, 이형제 사용시 발생하는 휘발 솔벤트에 의한 대기 오염을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법은 유전체 장벽 코로나 방전 처리 부분에 준밀폐공간을 설치하고 부분적으로 아르곤 기체를 혼합 공급하면 보다 효율적인 처리 효과를 얻을 수 있고, 반복 사용하는 캐리어 PET 필름의 이형력이 약간 감소하는 경우에도 손쉽게 코로나 처리를 반복 시행할 수 있으며, 이에 따라 제조비용을 줄일 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims

캐리어 PET 필름 제조 방법에 있어서,
상압 대기중에서 반응가스로 아르곤(Ar)을 혼합하고, 실리콘 수지가 코팅된 롤러 전극과 칼날 형태의 전극을 갖는 유전체 장벽 코로나 방전장치에 10kV의 고주파 고전압 전원을 인가시켜 코로나 방전을 발생시키고, 상기 코로나 방전이 발생되는 영역에 상기 PET 필름을 통과시켜 코로나 방전처리함으로써, 상기 PET 필름의 표면에 코팅되는 PVC 졸과의 계면 접착력을 감소시켜 5~10 dyne/cm의 이형력을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 캐스트 필름과의 이형력을 최적화한 캐리어 PET 필름 제조 방법.
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