KR101626381B1 - 고전압 브레이크다운을 가지는 플라스틱 필름 - Google Patents
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Abstract
제1 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트와 다른 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 매트릭스에 분산된 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 분산액을 포함하며, 상기 분산액에 분산된 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트는 50중량% 이하이며, 상기 분산된 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트는 플레이트리트(platelet)의 형태로 존재하는 연신 필름. 연신 필름(stretched film)은 캐패시터(capacitor)에서 유전체로 이용될 수 있다.
Description
본 발명은 캐패시터(capacitor)에서 절연 필름(dielectric film)으로 이용될 수 있는 플라스틱 필름에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그런 플라스틱 필름의 제조방법에 관한 것이다.
캐패시터(capacitor)는 일반적으로 에너지를 저장할 수 있는 절연체(절연 필름)에 의해 분리되는 두 전도성 금속 플레이트(conducting metal plate)로 이루어진다. 캐패시터(capacitor)는 2개의 전도성 금속 플레이트 사이의 절연 필름을 사이에 끼워서 형성된다. 필름은 전자가 한 캐패시터(capacitor) 플레이트에서 반대 플레이트로 이동하는 것을 막는 절연체(insulant)의 역할을 한다. 특정한 캐패시터(capacitor)에서 안전하게 저장될 수 있는 최대 에너지는 고장나기 전에 유전체가 저항할 수 있는 최대 전기장(electric field)에 의해 제한된다.
필름에 의해 저장될 수 있는 에너지는 다음의 방정식에서 표시된 것과 같이 필름의 절연상수(dielectric constant) 및 유전체의 전기적 브레이크다운(electrical breakdown)에 비례한다.
에너지 밀도 E = 0,5.ε.ε0.BDV2,
여기서, BDV는 브레이크다운 전압(V/㎛),
ε는 절연상수라고도 하는, 필름의 이론적 상대유전율(relative permittivity),
ε0은 절대유전율(absolute permittivity)이다.
플라스틱 필름을 포함하는 캐패시터(capacitor)의 에너지 밀도는 상대유전율(relative permittivity)이 증가함에 따라 증가할 수 있다. 이것은 극성 고분자 물질을 이용하여 또는 고분자 필름에 극성 고분자(polar polymer)와 같은 극성 구성요소 또는 세라믹 입자와 같은 첨가제를 첨가하여 얻어진다.
종래 기술에 플라스틱 필름이 높은 상대유전율(relative permittivity)을 가지는 절연 필름으로서 이용되는 캐패시터(capacitor)가 공지되어 있다. 예를 들면, EP-A-O 039 214는 절연 필름이 비닐리덴 플루오라이드 고분자(vinylidene fluoride polymer), 폴리카보네이트 및/또는 열가소성 폴리에스테르(thermoplastic polyester)를 포함하는 캐패시터(capacitor)를 기술한다.
US 등록특허 6,426,861은 고에너지 밀도를 가지는 플라스틱 필름을 기술한다. 이 필름은 적어도 하나의 비극성 단일고분자(non-polar homopolymer) 및 적어도 하나의 극성 또는 비극성 단일고분자를 포함하는 균질 혼합물로 만들어진다. 비극성 단일고분자의 예로서: 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌 나트탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 및 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulphide: PPS)를 들 수 있다. 극성 고분자(polar polymer)의 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluorid; PVDF)를 들 수 있다. 용융-주조(melt-cast) 하이브리드 공중합체 유전 필름을 형성하기 위해 단일고분자를 혼합하고 균질하게 공압출(coextrud)한다. 이 문서는 PVDF 및 PP의 고분자 하이브리드 공중합체(polymeric hybrid copolymer)에 대해 기술한다. 그것은 또한 하나의 구성요소로 PVDF 및 PP 및 두 번째 구성요소로 PPS 또는 PC 또는 PET 또는 PEN를 포함하는 공중합체를 기술한다. US 등록특허 6,426,861에 개시된 필름은 균질 고체-용액 혼합물에서 제조된다.
플라스틱 필름의 브레이크다운 전압(breakdown voltage)이 증가함에 따라 플라스틱 필름을 포함하는 캐패시터(capacitor)의 에너지 밀도는 증가할 수 있다.
EP-A-1 712 592는 필름 캐패시터(capacitor)로 적당한 이축 배향(biaxially oriented) 필름을 개시한다. 이 이축 배향(biaxially oriented) 필름은 방향족 폴리에스테르 (a) 및 녹는점이 230 내지 280℃인 폴리올레핀(polyolefin) (b)을 포함하며, 폴리올레핀(polyolefin) (b)의 비율은 필름의 전체 중량에 대해 2 내지 60%를 포함한다. 폴리올레핀(polyolefin)은 바람직하게 신디오택틱 구조(syndiotactic structure)를 가지는 스틸렌 고분자이다. 필름은 공동(void)이 없는 것이 바람직하다. 매트릭스 상(matrix phase)을 형성하는 방향족 폴리에스테르 (a) 및 아일랜드 상(island phase)을 형성하는 폴리올레핀(polyolefin) (b) 사이의 경계에서 공동(void)이 형성된다. 공동(void)이 존재하는 경우, 필름 연신 단계(film stretching step)에서 필름이 절단되는 경향이 있다. 또한, 필름 두께가 감소함에 따라, 공동(void) 부분이 기계적인 특성을 악화시키거나 내전압 특성(withstand voltage characteristic)을 악화시키는 결점이 된다. 상용화제(compatibilizing agent)를 이용해서 공동(void)을 제거할 수 있다.
본 발명은 높은 브레이크다운 전압을 가지는 플라스틱 필름에 관한 것이다. 이 필름은 캐패시터(capacitor)에서 절연 필름으로 이용될 수 있다. 그것은 캐패시터(capacitor)로 고에너지 밀도를 전한다.
본 발명은 또한 플라스틱 필름 형태(plastic film morphology)를 변화시켜 플라스틱 필름의 브레이크다운 전압을 증가하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 제1 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트와 다른 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 매트릭스에서 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 분산액을 포함하는 연신 필름(stretched film)에 관한 것으로, 분산액에 분산된 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트는 50중량% 이하이며, 분산된 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트는 플레이트리트(platelet)의 형태로 존재한다.
일 구체예에서, 연신 필름(stretched film)의 두께는 0.3 내지 25㎛, 바람직하게는 0.9 내지 6㎛, 더 바람직하게는 2 내지 4㎛이다.
일 구체예에서, 상기 플레이트리트(platelet)의 최대 치수는 10 미크론 이하, 바람직하게 5미크론 이하, 더 바람직하게는 1미크론 이하이다.
본 발명은 다음을 포함하는 혼합물을 포함하는 연신 필름(stretched film)에 관한 것이다:
- 적어도 50중량 %의 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 매트릭스,
- 매트릭스를 구성하고 매트릭스에서 별개의 상(phase)을 형성하는 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트와 혼합가능하고(miscible) 친화성이 있는(compatible) 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트, 단 매트릭스는 상용화제(compatibilizer)가 없다.
일 구체예에서, 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 상기 매트릭스에서, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate), 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 폴리부틸렌 이소프탈레이트(polybutylene isophthalate), 폴리부틸렌 나프탈레이트(polybutylene naphthalate), 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT), 폴리트리메틸렌 이소프탈레이트(polytrimethylene isophthalate), 폴리트리메틸렌 나프탈레이트(polytrimethylene naphthalate), 폴리(씨클로헥실렌-디메탄올-텔레프탈레이트)(poly(cyclohexylene-dimethanol-terephthalate; PCT), 폴리메틸렌 1,3-프로필렌 텔레프탈레이트(polymethylene 1,3-propylene terephthalate), 폴리헥사메틸렌 텔레프탈레이트(polyhexamethylene terephthalate), 폴리이소소르비드 텔레프탈레이트(polyisosorbide terephthalate; PEIT), 폴리헥사메틸렌 나프탈레이트(polyhexamethylene naphthalate), 폴리아릴레이트(polyarylates; Par), 그들의 공중합체, 그들의 혼합물 및 액정 폴리에스테르(liquid crystalline polyesters)로 이루어진 그룹에서 선택된다.
일 구체예에서, 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 상기 매트릭스에서, 폴리카보네이트는 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate; PPC), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 디페닐 폴리카보네이트(diphenyl polycarbonate; DPC), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 카보네이트(polyethylene terephthalate carbonate), 폴리에틸렌 카보네이트(polyethylene carbonate), 그들의 공중합체(copolymers) 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
일 구체예에서, 적어도 하나의 분산된 폴리에스테르 또는 적어도 하나의 혼합가능하고 친화성이 있는(compatible) 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate), 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 폴리부틸렌 이소프탈레이트(polybutylene isophthalate), 폴리부틸렌 나프탈레이트(polybutylene naphthalate), 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT), 폴리트리메틸렌 이소프탈레이트(polytrimethylene isophthalate), 폴리트리메틸렌 나프탈레이트(polytrimethylene naphthalate), 폴리(씨클로헥실렌-디메탄올-텔레프탈레이트)(poly(cyclohexylene-dimethanol-terephthalate; PCT), 폴리메틸렌 1,3-프로필렌 텔레프탈레이트(polymethylene 1,3-propylene terephthalate), 폴리헥사메틸렌 텔레프탈레이트(polyhexamethylene terephthalate), 폴리이소소르비드 텔레프탈레이트(polyisosorbide terephthalate; PEIT), 폴리헥사메틸렌 나프탈레이트(polyhexamethylene naphthalate), 폴리아릴레이트(polyarylates; Par), 그들의 공중합체, 그들의 혼합물 및 액정 폴리에스테르(liquid crystalline polyesters)로 이루어진 그룹에서 선택된다.
일 구체예에서, 적어도 하나의 분산된 폴리카보네이트 또는 적어도 하나의 혼합가능하고 친화성이 있는(compatible) 폴리카보네이트는 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate; PPC), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 디페닐 폴리카보네이트(diphenyl polycarbonate; DPC), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 카보네이트(polyethylene terephthalate carbonate), 폴리에틸렌 카보네이트(polyethylene carbonate), 그들의 공중합체(copolymers) 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
일 구체예에서, 적어도 하나의 분산된 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트 또는 적어도 하나의 혼합가능하고 친화성이 있는(compatible) 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트는 1 내지 6, 바람직하게 1 내지 4, 바람직하게 2 내지 4, 더 바람직하게 2.5 내지 3.5의 상대유전율(relative permittivity)을 가지는 고분자에서 선택된다.
일 구체예에서, 연신 필름(stretched film)은 이축 연신된다(biaxially stretched).
일 구체예에서, 연신 필름(stretched film)은 5×5㎝에서 측정된, 370V/㎛ 이상, 바람직하게는 440 내지 550V/㎛의 전기적 브레이크다운(electrical breakdown)을 가진다.
일 구체예에서, 연신 필름(stretched film)은, 2.0J/㎤ 이상의, 바람직하게는 2.5 내지 3.5J/㎤, 더 바람직하게는 3.5 내지 4.5J/㎤의 에너지 밀도를 가진다.
일 구체예에서, 연신 필름(stretched film)은 충전물(filler) 입자의 백만 당 60000 부(part)까지 포함한다.
일 구체예에서, 연신 필름(stretched film)은 어떤 충전물도 없다.
일 구체예에서, 연신 필름(stretched film)은 1000N/㎟ 이상, 바람직하게는 2500 내지 4000N/㎟의 기계 방향(machine direction, MD) 또는 주수축방향(transverse Direction(TD)에서의 기계 모듈러스(mechanical modulus)를 가진다.
일 구체예에서, 연신 필름(stretched film)은 150℃에서 5% 이하이고 200℃에서 15% 이하의, 기계 방향(machine direction, MD) 및 주수축방향(transverse Direction(TD) 모두에서 수축률(shrinkage)을 가진다.
일 구체예에서, 분산액은 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 2개의 고분자로 이루어져 있다; 분산액은 적어도 2개의 고분자로 형성된 각각의 플레이트리트(platelet)를 형성하며, 매트릭스는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN)로 이루어진 그룹에서 선택된 폴리에스테르를 포함한다; 분산액에서 각 고분자의 유리전이온도는 Tgm+10℃ 내지 Tgm+40℃이며, Tgm는 매트릭스의 폴리에스테르의 유리전이온도이다. 일 구체예에서, 분산액은 폴리카보네이트 및 폴리에스테르의 혼합물이고 매트릭스의 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)이다. 분산액의 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 또는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT)이다.
일 구체예에서, 분산액 또는 별개의 상(phase)은 폴리(씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트)(poly(cyclohexane-dimethanol-terephthalate; PCT) 공중합체를 포함하며 매트릭스의 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)이다.
이 마지막 두 구체예에서 생성된 필름은 200V 이상의 전압 및 120℃ 이상의 온도에서 작동하는 파워 캐패시터(power capacitor)에서 전기 절연체 필름으로 이용될 수 있다.
일 구체예에서, 분산액 또는 별개의 상(phase)은 폴리카보네이트(PC)를 포함하며 매트릭스의 폴리에스테르는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN)이다.
본 발명은 또한 상술한 것과 같은 연신 필름(stretched film)인 절연 필름을 포함하는 캐패시터(capacitor)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 산소에 대한 배리어(barrier)로서 연신 필름(stretched film)의 사용에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전기 절연체 필름으로서 연신 필름(stretched film)의 사용에 관한 것이다.
본 발명은 또한 다음의 단계를 포함하는 연신 필름(stretched film)의 제조방법에 관한 것이다:
a) 혼합가능하고(miscible) 친화성이 있는(compatible) 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 혼합물을 제공하고, 이때, 혼합물에서 적어도 하나의 고분자의 중량%는 적어도 50중량%이며,
b) 적어도 하나의 분산된 고분자가 노듈(nodules)의 형태가 되도록 필름을 형성하고,
c) 적어도 하나의 분산된 고분자가 플레이트리트(platelet)의 형태가 되도록 필름을 연신하며(stretching),
d) 필름을 열 처리한다.
일 구체예에서, 필름은 이축 연신된다(biaxially stretched).
일 구체예에서, 필름은 동시에 연신된다(simultaneously stretched).
일 구체예에서, 연신율(stretching ratio)은 2 내지 7x, 바람직하게 3.5 내지 4.5x이다.
일 구체예에서, 단계 c)는 Tg+5℃ 내지 Tg+30℃의 온도에 실행되며, Tg는 혼합물에서 고분자의 가장 높은 유리전이온도이다.
일 구체예에서, 단계 d)는 Tm-80℃ 내지 Tm-10℃, 바람직하게 Tm-70℃ 내지 Tm-20℃의 온도 범위에서 실행되며, Tm은 혼합물에서 고분자의 가장 높은 녹는 온도이다.
일 구체예에서, 혼합물을 구성하는 폴리에스테르의 용융점도(melt viscosity)는 Tm에서 50 Pa.sec 내지 5000 Pa.sec이며, Tm은 혼합물에서 고분자의 가장 높은 녹는 온도이다.
본 발명은 또한 캐패시터(capacitor) 필름의 브레이크다운 전압을 증가시키는, 적어도 하나의 다른 고분자의 매트릭스에 적어도 하나의 고분자의 분산액을 포함하는 연신 필름(stretched film)의 사용에 관한 것으로, 분산액의 분산된 고분자의 중량%는 50중량% 이하이고, 분산된 고분자는 플레이트리트(platelet)의 형태로 존재하며, 6 이하의 상대유전율(relative permittivity)을 가진다.
일 구체예에서, 분산된 상(phase)을 구성하는 각 고분자의 상대유전율(relative permittivity)과 매트릭스 상의 평균 상대유전율(mean relative permittivity)의 차이의 절대값은 2 이하, 바람직하게는 1 이하이다. 2 이상의 고분자를 포함하는 매트릭스 상의 상대유전율(relative permittivity)은 다음의 식에 의해 결정될 수 있다. 이 식은 매트릭스 상의 "평균(mean)" 상대유전율(relative permittivity) εm를 정의한다:
1/εm = ∑i wi/εmi
여기서, εm는 매트릭스 상의 "평균(mean)" 상대유전율(relative permittivity)을, wi는 매트릭스 상에서의 i번째 고분자의 중량퍼센트이고, εmi는 매트릭스 상의 i번째 고분자의 상대유전율(relative permittivity)이다.
도 1은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 매트릭스에서의 분산된 상으로서 30%의 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 무연신(unstretched) 혼합물의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 확대 비율은 10000이다.
도 2는 PEN 및 PET로 구성된 매트릭스에서 분산된 상으로서 20%의 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 무연신(unstretched) 혼합물의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 확대 비율은 10000이다.
도 3은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 매트릭스에서 분산된 상으로서 30%의 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 연신 필름(stretched film) 3.5×3.5의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 연신 필름(stretched film)에서 분산된 상 및 매트릭스 사이의 접점(interface)에서 공동(void)이 관찰되지 않는다. 확대 비율은 5000이다.
도 4는 PEN 및 PET로 구성된 매트릭스에서 분산된 상으로서 20%의 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 연신 필름(stretched film) 3.5×3.5의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 연신 필름(stretched film)에서 분산된 상 및 매트릭스 사이의 접점(interface)에서 공동(void)이 관찰되지 않는다. 확대 비율은 5000이다.
도 5는 실험영역(experimental section)에서 제시된 다른 필름을 위한 분산된 상의 중량 퍼센트의 함수로 (V/㎛로 표현되는) 브레이크다운 전압을 나타낸다. 도 5에 도시된 데이터 포인트의 레이블(label)은 실시예의 번호를 나타낸다.
도 2는 PEN 및 PET로 구성된 매트릭스에서 분산된 상으로서 20%의 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 무연신(unstretched) 혼합물의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 확대 비율은 10000이다.
도 3은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 매트릭스에서 분산된 상으로서 30%의 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 연신 필름(stretched film) 3.5×3.5의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 연신 필름(stretched film)에서 분산된 상 및 매트릭스 사이의 접점(interface)에서 공동(void)이 관찰되지 않는다. 확대 비율은 5000이다.
도 4는 PEN 및 PET로 구성된 매트릭스에서 분산된 상으로서 20%의 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 연신 필름(stretched film) 3.5×3.5의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 연신 필름(stretched film)에서 분산된 상 및 매트릭스 사이의 접점(interface)에서 공동(void)이 관찰되지 않는다. 확대 비율은 5000이다.
도 5는 실험영역(experimental section)에서 제시된 다른 필름을 위한 분산된 상의 중량 퍼센트의 함수로 (V/㎛로 표현되는) 브레이크다운 전압을 나타낸다. 도 5에 도시된 데이터 포인트의 레이블(label)은 실시예의 번호를 나타낸다.
본 발명은 적어도 하나의 고분자의 매트릭스에서 분산되어 있는 적어도 하나의 다른 고분자의 분산액인 고분자 혼합물에서 얻어진 연신 필름(stretched film)에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 고분자 혼합물은 적어도 하나의 제1 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트와 다른 적어도 하나의 제2 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 매트릭스에서 분산되어 있는 적어도 하나의 제1 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 분산액이다. 그러나, 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 폴리에스테르 및 폴리카보네이트 이외에 고분자의 조합으로 본 발명을 적용하는 방법을 용이하게 인식할 것이다.
고분자 혼합물은 연신(stretching)될 1차 필름으로 가공된다. 가공된 필름은 높은 브레이크다운 전압, 고에너지 밀도 및 높은 이용(service) 온도를 특징으로 한다.
적어도 하나의 분산된 고분자는 제2 상을 형성하는 매트릭스와 구별되는 제1 상을 형성한다. 적어도 하나의 분산된 고분자는 고분자 매트릭스에서 노듈(nodules) (또는 아일랜드(island))을 형성한다. 본 발명에서, 용어 노듈(nodules)은 실질적으로 원형이며, 특정한 치수 비율을 특징으로 하는 바디를 표시한다. 이 치수 비율은 노듈(nodules)의 최소 치수에 대한 노듈(nodules)의 최대 치수의 비율이다. 그것은 2 이하, 바람직하게 1.5 이하이다. 노듈(nodules)의 최소 치수 및 최대 치수는 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 통해, 1차 필름을 평면이 아닌, 단면으로 먼저 자른 후, 자린 단면의 모습(picture)을 분석하여, 결정된다.
전자 현미경 검사법(electron microscopy)은 상 분리 및 노듈(nodules)의 존재를 보여주기 위하여 이용될 수 있다. 도 1은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 매트릭스에서의 분산된 상으로서 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 혼합물의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 도 2는 PEN 및 PET로 구성된 매트릭스에서의 분산된 상으로서 20% 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 무연신(unstretched) 혼합물의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 사진에서 노듈(nodules)이 불규칙한 형태의 둥근 덩어리(rounded masses)로 보인다. 노듈(nodules)의 지름은 전형적으로 20㎚ 내지 1000㎚이다.
혼합물에서의 적어도 하나의 분산된 고분자의 중량 퍼센트는 혼합물 중량의 50% 이하이다.
혼합물에서의 적어도 하나의 분산된 고분자의 중량 퍼센트는 바람직하게 혼합물 중량의 적어도 5%, 더 바람직하게 혼합물 중량의 적어도 10%, 및 더 바람직하게는 혼합물 중량의 적어도 25%이다.
일 바람직한 구체예에서, 서로 친화성이 있는(compatible) 고분자를 선택해서 상 분리가 일어난다. 두 고분자는 다음 경우에는 친화성이 있다(compatible)고 한다:
a) 고분자가 혼합할 수 있고 두-상 시스템으로 고분자를 가공할 수 있고,
b) 고분자 사이의 혼화성(miscibility) 및 공중합(copolymerization)이 2 단계 사이의 접점(interface)에서만 일어난다,
c) 접점(interface)에서의 혼화성(miscibility) 및 공중합(copolymerization)이 1차 필름 형성 및 연속적인 연신(stretching) 단계의 작업 동안 두 상 사이에서 공동(void)의 형성을 방지한다.
고분자 사이의 친화성(compatibility)은 분산된 상이 매트릭스 상에 부착되는 것을 의미한다. 높은 전압 브레이크다운 전압은 결점이 없을 뿐만 아니라 분산된 상과 매트릭스 상 사이의 양호한 접착을 요구한다. 분산된 상의 적어도 하나의 고분자와 매트릭스 상의 적어도 하나의 고분자 사이의 친화성(compatibility)은 결함이 없는 접점(interface)을 야기한다. 분산된 상과 매트릭스 상 사이에 접착되지 않은 부분이 없다. 접점(interface)은 분산된 상과 매트릭스 상 사이의 경계로 정의될 수 있다. 접점(interface) 폭은 전형적으로 약 10㎚ 내지 100㎚이다.
고분자가 친화성이 있기 때문에 혼합물 상에 상용화제(compatibilizer)를 추가할 필요가 없다는 것이 강조된다. 분산된 상과 매트릭스 상 사이의 접점(interface)을 안정화시킬 필요가 없다. 따라서 본 발명의 필름에 이르는 혼합물은 바람직하게 어떤 상용화제(compatibilizer)를 포함하지 않는다.
친화성이 있는(compatible) 고분자만이 혼합물에 존재하는 이 바람직한 구체예에서, 상기 혼합물은 극성 그룹을 포함하는 고분자를 포함하지 않고, 즉 혼합물은 6 이상의 상대유전율(relative permittivity)을 가지는 고분자를 포함하지 않는다.
일 바람직한 구체예에서, 혼합물은 카르복시산 에스테르기(carboxylic acid ester group) R-CO-O-R'를 포함하는 폴리에스테르를 포함하며, R 및 R'은 알킬기 또는 아릴기를 나타낸다. 혼합물은 또한 카보네이트기(carbonate group) R-O-COO-R'를 포함하는 폴리카보네이트를 포함하며, R 및 R'은 알킬기 또는 아릴기 또는 아미드기 또는 에테르기 또는 아릴-에테르기 또는 이미드기 또는 에스테르기를 나타낸다.
매트릭스 상을 구성하는 적어도 하나의 고분자가 폴리에스테르이면, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate), 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 폴리부틸렌 이소프탈레이트(polybutylene isophthalate), 폴리부틸렌 나프탈레이트(polybutylene naphthalate), 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT), 폴리트리메틸렌 이소프탈레이트(polytrimethylene isophthalate), 폴리트리메틸렌 나프탈레이트(polytrimethylene naphthalate), 폴리(씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트)(poly(cyclohexane-dimethanol-terephthalate; PCT), 폴리메틸렌 1,3-프로필렌 텔레프탈레이트(polymethylene 1,3-propylene terephthalate), 폴리헥사메틸렌 텔레프탈레이트(polyhexamethylene terephthalate), 폴리이소소르비드 텔레프탈레이트(polyisosorbide terephthalate; PEIT), 폴리헥사메틸렌 나프탈레이트(polyhexamethylene naphthalate), 폴리아릴레이트(polyarylates; Par), 그들의 공중합체, 그들의 혼합물 및 액정 폴리에스테르(liquid crystalline polyesters)로 이루어진 그룹에서 선택된다.
매트릭스 상을 구성하는 적어도 하나의 고분자가 폴리카보네이트이면, 폴리카보네이트는 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate; PPC), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 디페닐 폴리카보네이트(diphenyl polycarbonate; DPC), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 카보네이트(polyethylene terephthalate carbonate), 폴리에틸렌 카보네이트(polyethylene carbonate), 그들의 공중합체(copolymers) 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
분산된 상의 적어도 하나의 고분자가 폴리에스테르이면, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate), 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 폴리부틸렌 이소프탈레이트(polybutylene isophthalate), 폴리부틸렌 나프탈레이트(polybutylene naphthalate), 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT), 폴리트리메틸렌 이소프탈레이트(polytrimethylene isophthalate), 폴리트리메틸렌 나프탈레이트(polytrimethylene naphthalate), 폴리(씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트)(poly(cyclohexane-dimethanol-terephthalate; PCT), 폴리메틸렌 1,3-프로필렌 텔레프탈레이트(polymethylene 1,3-propylene terephthalate), 폴리헥사메틸렌 텔레프탈레이트(polyhexamethylene terephthalate), 폴리이소소르비드 텔레프탈레이트(polyisosorbide terephthalate; PEIT), 폴리헥사메틸렌 나프탈레이트(polyhexamethylene naphthalate), 폴리아릴레이트(polyarylates; Par), 그들의 공중합체, 그들의 혼합물 및 액정 폴리에스테르(liquid crystalline polyesters)로 이루어진 그룹에서 선택된다.
분산된 상의 적어도 하나의 고분자는 폴리카보네이트이면, 폴리카보네이트는 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate; PPC), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 디페닐 폴리카보네이트(diphenyl polycarbonate; DPC), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 카보네이트(polyethylene terephthalate carbonate), 폴리에틸렌 카보네이트(polyethylene carbonate), 그들의 공중합체(copolymers) 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
폴리카보네이트의 적당한 유형은 Bayer사의 MAKROLON®, General Electric사의 LEXAN® 및 Teijin사의 PANLITE® 및 DSM사의 XANTAR® 및 Mitsubishi사의 IUPILON®, Dow사의 CALIBER® 등과 같은 상품에서 선택될 수 있다. 폴리카보네이트 혼합물의 적당한 유형은 Bayer사의 MAKROBLEND®, General Electric사의 XENOY®, Ticona사의 VANDAR®, Dow사의 SABRE®, DSM사의 STAPRON®E 및 BASF사의 ULTRABLEND® 등과 같은 상품에서 선택될 수 있다. 상기 리스트는 단지 표시하는 것이며 독점적인 것은 아니다.
폴리에스테르의 적당한 유형은 Eastman사의 TRISTAN®, EASTMAN®, EKTAR®, EASTAR®, KODAR® 및 SK Chemicals사의 SKYGREEN® 등과 같은 상품에서 선택될 수 있다. 액정 폴리에스테르(liquid crystalline polyesters)의 적당한 유형은 Ticona사의 VECTRA®, Solvay사의 Xydar®, 또는 DuPont사의 ZENITE® 등과 같은 상품에서 선택될 수 있다. 상기 리스트는 단지 표시하는 것이며 독점적인 것은 아니다.
한 바람직한 구체예에서, 혼합물은 친화성이 없는(incompatible) 고분자를 포함하고 1차 필름 형성 및 연속적인 연신(stretching) 단계의 작업 동안 2 상 사이의 공동(void)의 형성을 방지하기 위하여 상용화제(compatibilizer)가 혼합물에 첨가된다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 나프탈레이트 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리카보네이트를 포함한다. 일 바람직한 구체예에서, 혼합물은 분산된 상으로서 5~15%의 폴리카보네이트(PC) 및 매트릭스로서 85~95%의 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함한다. 다른 바람직한 구체예에서, 혼합물은 분산된 상으로서 25~35%의 폴리카보네이트(PC) 및 매트릭스로서 65~75%의 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함한다. 다른 바람직한 구체예에서, 혼합물은 분산된 상으로서 35~45%의 폴리카보네이트(PC) 및 매트릭스로서 55~65%의 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 또는 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 공중합체를 포함한다. 일 바람직한 구체예에서, 혼합물은 분산된 상으로서 35~45%의 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 및 매트릭스로서 55~65%의 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리카보네이트(PC) 및 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 또는 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 공중합체를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리카보네이트(PC) 및 그들의 공중합체를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리카보네이트(PC) 및/또는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 그들의 공중합체를 포함한다.
일 바람직한 구체예에서, 혼합물은 분산된 상으로서 다음을 포함하는 혼합물의 15~45% 및 매트릭스로서 55~85%의 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함한다:
a) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 폴리카보네이트(PC), 또는
b) 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT) 및 폴리카보네이트(PC).
주어진 퍼센트는 혼합물의 중량에 있어서 중량 퍼센트이다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리카보네이트(PC) 및 그들의 공중합체를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리카보네이트(PC) 및 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT) 및 그들의 공중합체를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리카보네이트(PC) 및 그들의 공중합체를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 그들의 공중합체를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리카보네이트(PC) 및 그들의 공중합체를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT) 및 그들의 공중합체를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT)를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함한다. 일 바람직한 구체예에서, 혼합물은 분산된 상으로서 35~45%의 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 매트릭스로서 55~65%의 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT)를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리카보네이트(PC) 및/또는 폴리카보네이트(PC) 공중합체 및/또는 폴리에틸렌 카보네이트를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 또는 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 공중합체 및/또는 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트(PTT) 및/또는 폴리트레메틸렌 이소프탈레이트 및/또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 공중합체 및/또는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT) 또는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트 공중합체를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 또는 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 공중합체 및/또는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT) 또는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트 공중합체 및/또는 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트(PTT) 또는 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트 공중합체를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 또는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 또는 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 공중합체를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT)를 포함한다.
일 구체예에서, 혼합물은 Bayer사의 MAKROBLEND®, General Electric사의 XENOY®, Ticona사의 VANDAR®, Dow사의 SABRE®, DSM사의 STAPRON® 및 BASF사의 ULTRABLEND® 등과 같은 상품으로 구성될 수 있다. 상기 리스트는 단지 표시하는 것이며 완전한 것은 아니다.
일 구체예에서, 혼합물은 Eastman사의 TRISTAN®, EASTMAN®, EKTAR®, EASTAR®, KODAR® 및 SK Chemicals사의 SKYGREEN® 등과 같은 상품 혼합물로 구성될 수 있다. 상기 리스트는 단지 표시하는 것이며 완전한 것은 아니다.
폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함하는 매트릭스에 분산된 폴리에틸렌 텔레프탈레이트/폴리에틸렌 나프탈레이트 공중합체를 포함하는 혼합물도 또한 고려할 수 있다.
일 바람직한 구체예에서, 혼합물은 85 내지 55%의 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함하는 매트릭스에서 분산된 상으로서 15 내지 45%의 폴리카보네이트(PC)를 포함한다.
일 바람직한 구체예에서, 혼합물은 다음을 포함한다:
- 분산된 상에 있어서: 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 2개의 고분자;
- 매트릭스에 있어서: 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어진 그룹에서 선택되는 폴리에스테르;
분산액의 각 고분자의 유리전이온도는 Tgm+10℃ 내지 Tgm+40℃이고, Tgm는 매트릭스의 폴리에스테르의 유리전이온도이다. PET의 유리전이온도는 약 75℃이다. PEN의 유리전이온도는 약 125℃이다. 매트릭스로서 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다.
분산된 상이 Tgm+10℃ 내지 Tgm+40℃의 유리전이온도를 가지는 고분자를 포함하는 것이 유리하며, Tgm은 매트릭스의 폴리에스테르의 유리전이온도이다. 이 특징은 다음의 이점을 제공한다: 연신 필름(stretched film)의 플레이트리트(platelet)는 전자 이동을 감속하는 브레이크로서 작용하는 타원형(elliptic form)를 나타내며 그들의 운동에너지(kinetical energy)를 감소시킨다.
분산 상이 폴리카보네이트 및 폴리에스테르의 혼합물을 포함할 때 특히 아주 좋은 혼화성(miscibility)을 얻는다; 그리고 매트릭스의 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT)이다. 분산된 상의 바람직한 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)이다.
일 구체예에서, 혼합물은 Bayer사의 MAKROBLEND®, General Electric사의 XENOY®, Ticona사의 VANDAR®, Dow사의 SABRE®, DSM사의 STAPRON®E 및 BASF사의 ULTRABLEND® 등과 같은 상품으로 구성된다. 상기 리스트는 단지 표시하는 것이며 완전한 것은 아니다.
플레이트리트(platelet)의 좋은 혼화성(miscibility) 및 타원 형태의 결과, 높은 브레이크다운 전압을 얻을 수 있다.
바람직한 구체예에서, 혼합물은 폴리(씨클로헥실렌-디메탄올-텔레프탈레이트)(PCT) 고분자 또는 공중합체를 포함하는 분산된 상 및 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)로 이루어진 매트릭스를 포함한다.
혼합물은 결과물 필름의 취급 및 와인딩(winding)을 향상시키기 위해 무기 충전 입자를 포함할 수도 있다. 바람직하게, 혼합물은 무기 충전 입자를 포함한다. 바람직하게, 혼합물은 60000ppm(parts per million)까지의 충전 입자를 포함한다. 일 바람직한 구체예에서, 연신 필름(stretched film)은 충전 입자의 10000ppm까지 포함한다.
무기 충전 입자는 탄산칼슘(calcium carbonate), 크레이(clays), 실리카(silica), 제올라이트(zeolites), 실리콘 비드(silicone beads) (기능화된 폴리디메틸 실록산(functionalized polydimethyl siloxanes)), 인산 이칼슘(dicalcium phosphates; DPC), 인산 삼칼슘(tricalcium phosphates; TPC), 세노스피어(cenospheres), zeeospheres, 활석(talc), 이산화티탄(titanium dioxides), 황산바륨(barium sulfate) 및 티탄 바륨(barium titanate)을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 충전 입자 크기 분포는 모노모달(monomodal), 바이모달(bimodal)과 트리모달(trimodal)일 수 있다. 바람직하게 평균 입자 지름은 모노모달(monomodal), 바이모달(bimodal) 및 트리모달(trimodal) 분배에 있어서 0.1 내지 10 마이크로미터이다.
혼합물의 다른 성분이 혼합되고 설명한 바와 같이 고분자 매트릭스에서 분산된 상이 형성될 수 있도록 교반하면서 가열한다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 고분자 혼합물은 제1 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트와 다른 적어도 하나의 제2 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 매트릭스에서의 적어도 하나의 제1 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 분산액이다.
분산된 상의 적어도 하나의 고분자가 매트릭스 상 및 분산된 상 사이의 접점(interface)에서만 매트릭스 상의 적어도 하나의 다른 고분자와 공중합되는(copolymerize) 것이 중요하다. 친화성이 있는(compatible) 고분자가 혼합될 수 있도록 가공 조건을 선택해야 한다. 바람직한 구체예에서, 고분자 혼합물은 적어도 하나의 다른 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트의 매트릭스에서 분산된 적어도 하나의 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트를 포함하며, 필름이 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트를 공중합(copolymerization)시키는 가공 조건을 통해 얻어지지 않는다는 것이 강조된다. 그러므로, 온도와 혼합 시간과 같은 가공 조건은 폴리에스테르 사이, 또는 폴리카보네이트 사이, 또는 폴리에스테르 및 카보네이트 사이의 공중합(copolymerization)의 정도를 최소화하도록 선택될 것이다. 다음의 구조를 이루는 것이 가능하다:
- 적어도 하나의 다른 폴리에스테르의 매트릭스에서의 적어도 하나의 폴리에스테르의 분산된 상, 또는
- 적어도 하나의 다른 폴리카보네이트의 매트릭스에서의 적어도 하나의 폴리카보네이트의 분산된 상, 또는
- 적어도 하나의 폴리카보네이트의 매트릭스에서의 적어도 하나의 폴리에스테르의 분산된 상, 또는
- 적어도 하나의 폴리에스테르의 매트릭스에서의 적어도 하나의 폴리카보네이트의 분산된 상.
두 폴리에스테르 사이의 친화성(compatibility)은 폴리에스테르 사이의 혼화성(miscibility) 및 접점(interface)에서의 에스테르-에스테르 교환에 의해 얻어진다.
두 폴리카보네이트 사이의 친화성(compatibility)은 폴리카보네이트 사이의 혼화성(miscibility) 및 접점(interface)에서의 카보네이트-카보네이트 교환에 의해 얻어진다.
폴리에스테르 및 폴리카보네이트 사이의 친화성(compatibility)은 폴리에스테르 및 폴리카보네이트 사이의 혼화성(miscibility) 및 접점(interface)에서의 에스테르-카보네이트 교환에 의해 얻어진다.
분산된 상 및 매트릭스 상 사이의 친화성(compatibility)은 많은 플레이트리트(platelet)를 가지는 이축 연신(biaxial stretching)를 특히 허용한다.
공중합(copolymerization) 반응의 발생은 시차주사열계량법(Differential Scanning Calorimetry, DSC) 측정을 통해 검출될 수도 있다.
혼합물은 처음에 각각 유리전이온도를 특징으로 하는 적어도 2개의 구별되는 고분자를 포함한다. 혼합물에 적어도 2개의 구별되는 고분자가 존재하는 것을 DSC 측정을 통해 확인할 수 있다. 실제로, DSC 기술은 혼합물에 존재하는 구별되는 고분자의 수만큼의 구별되는 유리전이온도를 검출한다.
혼합 및 가열 단계 동안 고분자 사이 공중합(copolymerization) 반응이 발생하기 때문에 혼합물의 각 고분자 양이 감소하는 경향이 있다. 고분자 사이에 공중합(copolymerization) 반응이 발생하면 구별되는 유리전이온도가 사라지고 공중합체가 형성됨을 설명하는 독특한 유리전이 온도가 나타난다. 따라서 공중합(copolymerization)이 완료된다고 추정하고, 그 후에 혼합물은 단일 공중합체만 포함하고 DSC 측정은 형성된 공중합체에 일치하는 단일의 유리전이온도 피크만 나타낸다.
폴리에스테르 사이의 공중합(copolymerization)을 피하기 위하여, 혼합시간을 짧게 설정하는 것이 바람직하다. 혼합시간은 전형적으로 약 5분 내지 약 40분이다.
적당한 온도 조건의 한 예로, 혼합물이 아직도 개별 전이온도를 나타내도록 혼합물을 구성하는 각 고분자의 가장 높은 녹는점보다 적어도 5℃ 높은 온도 T에서 혼합물을 가열할 수도 있다.
혼합물이 아직도 별개의 유리전이온도를 나타내도록 온도 및 혼합시간을 바람직하게 선택한다. 바람직한 구체예에서, 적어도 두 구별되는 고분자를 폴리에스테르 및 폴리카보네이트를 포함하는 그룹에서 선택하며, 이런 가공 조건은 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트를 혼합시키지만 코폴리에스테르(copolyester)로 이르지 않는다.
혼합물을 구성하는 고분자의 용융점도(melt viscosity)는 바람직하게 혼합물에서의 고분자의 가장 높은 녹는 온도인 온도 Tm에서 50Pa.sec 내지 5000Pa.sec이다.
그러고 나서 고분자 혼합물을 압출기(extruder) 및 용융 장치(melt system)를 통해서 압출한다. 1차 필름을 슬릿 다이(slit die)에서 형성하고 퀀칭 드럼(quenching drum)에서 냉각시킨다.
그러고 나서, 1차 필름을 가공한다. 연신(stretching) 단계는 분산된 상이 형태가 변하는 원인이 된다. 폴리에스테르 노듈(nodules) 또는 아일랜드(island)의 형태는 초기의 실질적인 원형에서 플레이트리트(platelet) 같은 형상이라고도 불리는 타원 형태로 변화한다. 용어 플레이트리트(platelet)는 실질적으로 타원 형태를 가지며 특정한 치수 비율을 특징으로 하는 바디를 표시한다. 이 치수 비율은 플레이트리트(platelet)의 최소 치수에 대한 플레이트리트(platelet)의 최대 치수의 비율이다. 치수 비율은 적어도 2, 바람직하게 적어도 3, 및 더 바람직하게 적어도 10이다. 최소 및 최대 치수는 평면을 통해서가 아닌, 단면을 통해서 필름을 먼저 자른 후, 잘린 단면의 사진을 분석하여, 전자 현미경으로 결정한다. 바람직하게, 플레이트리트(platelet)의 최대 치수는 10 미크론 이하, 바람직하게 5 미크론 이하, 더 바람직하게 1 미크론 이하이다.
도 3은 PEN 매트릭스에서 분산 상으로서 PC를 포함하는 연신 필름(stretched film)의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 도 4는 PEN 및 PET로 구성된 매트릭스의 분산 상으로서 20%의 폴리카보네이트(PC)를 포함하는 연신 필름(stretched film)의 전자 현미경 사진(electron microscopy photography)을 나타낸다. 연신 필름(stretched film)에서의 분산 상 및 매트릭스 사이의 접점(interface)에서 도 3 및 도 4 모두에서 공동(void)이 관찰되지 않는다.
도 5는 고분자 혼합물에서의 분산 상의 중량 퍼센트의 기능으로 (V/㎛로 표현되는) 브레이크다운 전압을 나타낸다. 분산 상의 중량 퍼센트가 증가함에 따라 브레이크다운 전압이 증가한다. 전자가 플레이트리트(platelet)의 주위를 움직이도록 강제되는 사실은 연신 필름(stretched film)의 높은 브레이크다운 전압에 책임 있다. 높은 브레이크다운 전압값, 즉 400V/micron 이상을 얻을 수 있음을 또한 도 5에서 볼 수 있다. 본 발명은 플레이트리트(platelet)가 존재하면 필름에 더 높은 절연성 브레이크다운 전압을 주는 것을 발견한 것에 기반을 둔 것이며, 이는 필름이 고에너지 밀도를 가지게 된다. 도 5는 매트릭스의 플레이트리트(platelet)의 퍼센트가 높을수록 브레이크다운 전압이 더 높다는 것을 보여준다. 반대로, 도 5는 실시예 14에서 공중합된(copolymerized) 고분자의 혼합물에서 제조된 필름이 균일한 구조를 가진다는 것을 보여준다. 이 필름은 낮은 브레이크다운 전압을 보여준다.
분산된 상의 플레이트리트(platelet) 같은 형상이 전자에 대한 배리어(barrier)를 형성하고 분산된 고분자 단계 플레이트리트(platelet) 같은 분산된 고분자 상이 존재하는 것은 전자가 플라스틱 필름의 폭을 건너는 것을 막는다. 플레이트리트(platelet)가 존재하면 또한 전자에 느린 운동을 제공한다. 따라서 플레이트리트(platelet)는 전자를 감속하는 브레이크로서 작용하고 운동에너지(kinetical energy)를 감소시킨다. 전자는 분산된 플레이트리트(platelet)의 접점(interface)에 위치한 전하에 의해 생성된 반발력에 의해 플레이트리트(platelet)의 주위를 움직이도록 강제된다. 플레이트리트(platelet)의 퍼센트가 도 5에 나타나는 것처럼 증가할 때 전자의 이동 거리가 증가한다. 또한, 플레이트리트(platelet) 최소 치수에 대한 플레이트리트(platelet) 최대 치수의 비율이 높을수록, 브레이크다운 전압이 커진다. 본 발명은 플라스틱 필름의 브레이크다운 전압이 필름의 플레이트리트(platelet)의 존재를 통해 필름을 넘는 전자의 운동을 감속시켜 증가할 수 있다는 발견에 기반을 둔다. 플레이트리트(platelet)가 존재하면 전자의 이동 길이를 증가시키는 비틀림(tortuosity)이 생성된다. 비틀림(tortuosity)은 플라스틱 필름의 폭에 대한 전자의 이동 거리의 비율로 정의될 수 있다.
바람직한 구체예에서, 브레이크다운 전압을 높이는 형태는 폴리에스테르 및/또는 폴리카보네이트와 같은 친화성이 있는(compatible) 고분자의 혼합물로 달성될 수 있다. 기술분야의 숙련자는 상용화제(compatibilizer)를 첨가하여 친화성이 없는(incompatible) 고분자의 혼합물로 유사한 형태를 생성할 수 있다.
플레이트리트(platelet)의 형태는 분산된 상을 구성하는 고분자의 유리전이온도에 따라 변화될 수 있다.
필름은 바람직하게 이축 연신된다(bi-axially stretched).
주조 필름(cast film)이라고 불리는 1차 필름은 연속 프로세스 또는 동시 프로세스에 의해 주수축방향(transverse Direction(TD) 및 기계 방향(machine direction, MD)의 두 방향에서 이축 연신(bi-axially stretching)될 수도 있다.
바람직한 구체예에 따르면, 각 방향에서의 연신율(stretching ratio)은 2 내지 5배, 바람직하게 3 내지 4.5배이다.
동시 프로세스가 실행될 때, 필름은 Tg가 혼합물을 구성하는 고분자의 최대 유리전이온도에 일치하는, Tg+5℃ 내지 Tg+30℃의 온도에서 연신된다(stretched). 얻어진 두께는 전형적으로 0.5~20㎛, 바람직하게는 1.4 내지 5㎛이다. 연속 연신(stretch)의 경우 기술분야의 숙련자가 연신(stretching) 온도를 조정할 수 있다.
그러고 나서, 필름을 열처리하여, 필름에 치수 안정성을 준다. 필름을 Tm-80℃ 내지 Tm-10℃, 바람직하게는 Tm-70℃ 내지 Tm-20℃의 고온에서 가열하며, Tm은 혼합물의 고분자의 최대 녹는 온도이다.
본 발명의 필름은 높은 사용(service) 온도를 가진다. 본 발명의 필름은 100℃ 내지 130℃에서 사용될 수 있다. 따라서, 하이브리드 자동차의 캐패시터(capacitor) 필름과 같은 높은 온도 및 높은 에너지 저장 적용에서의 사용할 수 있다.
본 발명의 필름은 산소에 대한 배리어(barrier)로서 유리하게 사용할 수 있다.
본 발명의 필름은 전기 절연체 필름으로 유리하게 이용될 수 있다.
다음의 실시예는 본 발명을 설명하는 것이며 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다.
실시예
다음의 실시예는 본 발명을 설명하는 것이며 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다.
표 1에 나타난 제시된 필름 샘플에서 측정된 특징은 다음과 같다:
- 두께는 Mahr Feinpruf(Militron) 또는 Heidenhain에서 상업적으로 이용가능한 디지털 방식의 포인트 두께 게이지를 이용해서 측정된다. 5㎝×5㎝ 정사각형 필름의 두께는 필름 사각형의 5개의 측정점의 평균에 의해 결정된다. 표 1에서 샘플의 두께를 미크론으로 주어진다.
- 브레이크다운 전압을 V/㎛로 표현하였다. 브레이크다운 전압은 알루미늄 포일 및 전극을 이용하여 필름 샘플 25㎠-표면(5㎝×5㎝)에서 측정되었다. 전압 램프(voltage ramp)는 상업적으로 이용가능한 전원(UN Geratebau)에 의해 필름에 적용된다. 필름의 브레이크다운 전압은 필름 샘플을 통해 5mA 이상의 전류를 흘려 측정된 최대 전압이다. 두께 단위당 브레이크다운 전압은 필름 두께로 나눈 최대 측정 전압이다. (V/㎛로 표현된) 브레이크다운 전압의 5개 측정의 평균이 표 1에 주어진다.
- TA 기구 (model TA DSC 2920)에서 상업적으로 이용가능한 기구에 의해 시차주사열계량법(Differential Scanning Calorimetry)에 의해 측정된 녹는점은 ℃로 표현했다. 녹는점 온도는 제1 히팅 스캔(heating scan)에서 측정된다. 온도 스캔 t속도(scan rate)는 분당 20℃이다.
-TA 기구 (model TA DSC 2920)에서 상업적으로 이용가능한 기구에 의하여 시차주사열계량법(Differential Scanning Calorimetry)으로 측정된 유리전이점은 ℃로 표현했다. 유리전이온도는 퀀칭(quenching) 후의 제2 히팅 사이클(heating cycle)에서 측정된다. 온도 스캔 속도는 분당 20 ℃이다.
- 기계 모듈러스(Mechanical modulus)는 1% 인장율(elongation)에서의 응력(stress)을 나타내는 ASTM D-882-80에 따라 측정했다.
- 치수 안정성은 30분 동안 150 내지 200℃에서 필름 샘플의 열 수축량에 의하여 측정했다. 샘플은 0.5인치의 길이를 가지는 필름의 정사각형 조각이었다. 수축량은 다음의 식에 의해 정의된다:
((처음 길이 - 수축량 후의 길이)/처음 길이) × 100
- 절연 필름 샘플이 부피 단위당 저장할 수 있는 에너지를 나타내는 에너지 밀도를 J/㎤로 표현하였다. 에너지 밀도는 다음의 식에 의해 산출된다:
- 에너지 밀도 E = 0,5.ε.ε0. BDV2,
여기서 BDV는 브레이크다운 전압(V/㎛)이며,
-ε는 조성물에 기반을 둔 혼합물의 이론적인 상대유전율(relative permittivity)이다.
이론적인 유전율은 다음의 식을 이용해서 산출된다:
l/ε = ∑i wi/εi
여기서ε는 필름의 상대유전율(relative permittivity)이며,
wi는 필름의 i번째 구성요소의 중량 퍼센트이다.
εi는 25℃의 온도 및 1kHz의 주파수에서의 분산된 상의 i번째 구성요소의 상대유전율(relative permittivity)이다.
- ε0은 절대적인 유전율이다.
브레이크다운 전압을 먼저 측정하고 에너지 밀도를 측정된 브레이크다운 전압에서 산출하였다.
다음의 모든 실시예 및 비교 실시예는 2~10 미크론의 크기를 가지는 충전 입자를 포함한다.
비교 실시예 1
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성의 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 고분자를 이축압출기(twin screw extruder)에서 압축한다. 슬롯 다이 시스템에서 고분자를 형성하고 퀀취 드럼(quench drum)에서 냉각하여 주조 필름(cast film)을 얻는다. 주조 필름(cast film)을 (Brueckner사 또는 T. M Long 사 또는 Inventure laboratory사의 상업적으로 이용가능한) 실험실 스트레쳐(laboratory stretcher)에서 동시 이축 연신(biaxial simultaneous stretching)을 한다. 이 기술에서, 기계 방향(machine direction, MD) 도는 주수축방향(transverse Direction(TD))으로 동시에 또는 연속으로 이동하는, 클립(clips)으로 필름을 쥔다. 3.5에 의해 3.5의 연신율(stretching ratio)로 145 내지 155℃에서 연신(stretching)을 실행한다.
얻어진 이축 필름의 두께는 6 내지 15㎛이다. 표 1은 필름의 전형적인 성질을 나타낸다.
실시예 2
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 90중량%/10중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 2408과 혼합하였다.
3.5 내지 4×의 연신율(stretching ratio)로 150 내지 170℃의 연신(stretching) 온도에서 실행한 것을 제외하고는 연신(stretching)는 비교 실시예 1과 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 3
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 70중량%/30중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 2408과 혼합하였다. 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 4
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 90중량%/10중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 3108과 혼합하였다. 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 5
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 70중량%/30중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 3108과 혼합하였다. 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 6
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 70중량%/15중량%/15중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 3108 및 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 2408과 혼합하였다. 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 7
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 70중량%/20중량%/10중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 2408 및 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)와 혼합하였다. 연신 온도(stretching temperature)가 150 내지 160℃인 것을 제외하고, 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 6
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 65중량%/35중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 3108과 혼합하였다. 연신 온도(stretching temperature)가 150 내지 160℃인 것을 제외하고, 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 9
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 60중량%/40중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 3108과 혼합하였다. 연신 온도(stretching temperature)가 150 내지 160℃인 것을 제외하고, 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 10
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 80중량%/20중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) Makrolon® 3108과 혼합하였다. 연신 온도(stretching temperature)가 150 내지 160℃인 것을 제외하고, 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 11
40% 트리클로로에탄(trichloroethane; TCE)/페놀 용액에서 측정된 0.59dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 70중량%/30중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 텔레프탈레이트로 구성된 100.8℃의 단일 유리전이온도를 가지는 무정형 혼합물과 혼합하였다. 연신 온도(stretching temperature)가 105 내지 115℃인 것을 제외하고, 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 12
40% 트리클로로에탄(trichloroethane; TCE)/페놀 용액에서 측정된 0.56dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 70중량%/30중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 폴리씨클로헥산-디메탄올-텔레프탈레이트(PCT) 공중합체 Eaxtmann A150®과 혼합하였다. 연신 온도(stretching temperature)가 95 내지 105℃인 것을 제외하고, 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 6 내지 15㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
실시예 11 및 12의 두 필름은 파워 캐패시터(power capacitor)를 만들기에 특히 적절한 것으로 나타났다. 공지된 파워 캐패시터(power capacitor)는 일반적으로 폴리프로필렌(PP)으로 형성된 절연 필름을 포함한다. 이런 유형의 캐패시터(capacitor)는 105℃ 이상의 온도에서 작동할 수 없다. 본 발명에 따른 실시예 11 또는 실시예 12의 필름을 포함하는 캐패시터(capacitor)는 105℃ 내지 125℃의 온도 범위에서 작동할 수 있다. 따라서, PP 유전체 필름을 포함하는 캐패시터(capacitor)보다 높은 온도에서 더 안정되어 있다. 따라서, 실시예 11 또는 실시예 12의 필름을 포함하는 캐패시터(capacitor)는 PP 필름을 포함하는 파워 캐패시터(power capacitor)를 대신하여 사용될 수 있다.
비교 실시예 13
50% 디클로로에탄(dichloroethane; DCE)/트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 용액에서 측정된 0.63dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 중합 혼합물의 총중량을 기반으로 각각 85중량%/15중량%의 양으로 이축압출기(twin screw extruder)에서 40% 트리클로로에탄(trichloroethane; TCE)/페놀 용액에서 측정된 0.55dl/g의 고유 점성을 가지는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)와 혼합하였다.
연신 온도(stretching temperature)가 140 내지 150℃인 것을 제외하고, 연신(strething)은 실시예 2와 유사하다.
얻어진 이축 연신 필름(stretched film)의 두께는 4 내지 6㎛이며, 전형적인 성질을 표 1에 나타낸다.
비교 실시예 13의 필름은 단일 상을 포함한다.
비교 실시예 14
47.5중량%의 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT) 및 52.5중량%의 이소프탈레이트 코폴리에스테르(isophthalate copolyester)로 구성된 고분자 혼합물을 이축압출기(twin screw extruder)에서 혼합한다. 용융 장치(melt system)와 압출기에서 혼합물이 공중합(copolymerization)되도록 처리된다. 주조 필름(cast film)을 연신(stretching)한다. 전형적인 연신(stretching) 온도는 70 내지 100℃이다. 주조 필름(cast film) 및 연신 필름(stretched film)은 균일한 구조를 보여준다. 상기 조성물을 포함하는 4미크론 두께의 필름의 브레이크다운 전압은 356V/micron의 브레이크다운 전압 및 1.85 J/㎤의 에너지 밀도를 나타낸다. 이 비교 실시예는 단일 코폴리에스테르(copolyester)가 낮은 브레이크다운 전압 및 낮은 에너지 밀도를 나타냄을 명확하게 보여준다.
대조적으로, 본 발명에 따르고 매트릭스에 분산된 상을 나타낸 실시예 2~12는 향상된 전기적 성질을 나타낸다.
도 1은 상기 실시예에 따라 제조된 연신 필름(stretched film)의 전형적인 성질을 요약한다.
모두 4.5 내지 8.5㎛의 두께의, 실시예 2-12의 필름은 하나 이상의 유리전이온도 및 플레이트리트(platelet)를 포함하는 구조를 보여준다. 이 필름은 적어도 440V/㎛의 브레이크다운 전압을 나타낸다.
대조적으로, 비교 실시예 1, 13 및 14는 균일한 구조 및 단일 유리전이온도를 보여준다. 비교 실시예 1, 13 및 14의 필름은 단지 각각 368, 367 및 356V/㎛의 브레이크다운 전압을 나타내며, 실시예 2~12의 브레이크다운 전압보다 더 낮디/
비교 실시예 1, 13 및 14의 필름이 폴리에스테르 필름의 전형적인 값인, 각각 단지 1.83, 1.84 및 1.85J/㎤의 에너지 밀도를 나타내며 반면 실시예 2-12의 필름은 적어도 2.6J/㎤의 에너지 밀도를 나타낸다.
이들 실시예를 통해 본 발명의 필름이 더 높은 브레이크다운 전압을 견딜 수 있고, 고에너지 밀도를 가진다는 것을 확인한다.
Claims (36)
- 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 매트릭스에 분산된 폴리카보네이트(PC)의 분산액을 포함하고,
상기 폴리카보네이트는 50중량%이하이며, 상기 분산된 폴리카보네이트는 플레이트리트(platelet)의 형태로 존재하는, 0.3 내지 25㎛의 두께를 가지는 이축 연신 필름. - - 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 2개의 고분자를 포함하는 분산액; 및
- 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN)로 이루어진 그룹에서 선택된 폴리에스테르를 포함하는 매트릭스;를 포함하며,
상기 분산액은 적어도 2개의 고분자로 형성된 각각의 플레이트리트(platelet)를 형성하고,
상기 분산액에서 분산된 폴리에스테르 및 폴리카보네이트 중 적어도 하나는 50중량% 이하이며,
상기 분산액의 각 고분자의 유리전이온도는 Tgm+10℃ 내지 Tgm+40℃이며,
상기 Tgm는 매트릭스의 폴리에스테르의 유리전이온도인 0.3 내지 25㎛의 두께를 가지는 이축 연신 필름. - - 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어진 그룹에서 선택된 폴리에스테르를 포함하는 적어도 50중량%의 매트릭스; 및
- 상기 매트릭스를 구성하고 상기 매트릭스에서 별개의 상(phase)을 형성하는 폴리에스테르와 혼합가능하고(miscible) 친화성이 있는(compatible) 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 두 고분자; 를 포함하며,
상기 별개의 상은 적어도 두 고분자에 의해 형성된 각각의 플레이트리트(platelet)를 형성하며,
상기 별개의 상의 각 고분자의 유리전이온도는 Tgm+10℃ 내지 Tgm+40℃이며,
상기 Tgm는 매트릭스의 폴리에스테르의 유리전이온도이고,
상기 매트릭스는 상용화제(compatibilizer)를 포함하지 않는, 0.3 내지 25㎛의 두께를 가지는 이축 연신 필름. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연신 필름의 두께는 0.9 내지 6㎛인 이축 연신 필름. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플레이트리트(platelet)의 최대 치수는 10 미크론 이하인 이축 연신 필름. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
적어도 하나의 분산된 폴리에스테르 또는 적어도 하나의 혼합가능하고 친화성이 있는(compatible) 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate), 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 폴리부틸렌 이소프탈레이트(polybutylene isophthalate), 폴리부틸렌 나프탈레이트(polybutylene naphthalate), 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT), 폴리트리메틸렌 이소프탈레이트(polytrimethylene isophthalate), 폴리트리메틸렌 나프탈레이트(polytrimethylene naphthalate), 폴리(씨클로헥실렌-디메탄올-텔레프탈레이트)(poly(cyclohexylene-dimethanol-terephthalate; PCT), 폴리메틸렌 1,3-프로필렌 텔레프탈레이트(polymethylene 1,3-propylene terephthalate), 폴리헥사메틸렌 텔레프탈레이트(polyhexamethylene terephthalate), 폴리이소소르비드 텔레프탈레이트(polyisosorbide terephthalate; PEIT), 폴리헥사메틸렌 나프탈레이트(polyhexamethylene naphthalate), 폴리아릴레이트(polyarylates; Par), 그들의 공중합체, 그들의 혼합물 및 액정 폴리에스테르(liquid crystalline polyesters)로 이루어진 그룹에서 선택되는 이축 연신 필름. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
적어도 하나의 분산된 폴리카보네이트 또는 적어도 하나의 혼합가능하고 친화성이 있는(compatible) 폴리카보네이트는 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate; PPC), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 디페닐 폴리카보네이트(diphenyl polycarbonate; DPC), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 카보네이트(polyethylene terephthalate carbonate), 폴리에틸렌 카보네이트(polyethylene carbonate), 그들의 공중합체(copolymers) 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 이축 연신 필름. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
적어도 하나의 분산된 폴리에스테르 및 폴리카보네이트 또는 혼합가능하고 친화성이 있는(compatible) 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트는 1 내지 6의 상대유전율(relative permittivity)을 가지는 고분자에서 선택되는 이축 연신 필름. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
5×5㎝에서 측정된, 370V/㎛ 이상의 전기적 브레이크다운(electrical breakdown)을 가지는 이축 연신 필름. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
2.0J/㎤ 이상의 에너지 밀도를 가지는 이축 연신 필름. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
충전물(filler) 입자가 백만 당 60000 부(part)까지 포함하는 이축 연신 필름. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
충전물을 포함하지 않는 이축 연신 필름. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
기계 방향(machine direction, MD) 또는 주수축방향(transverse Direction; TD)에서 1000N/㎟ 이상의 기계 모듈러스(mechanical modulus)를 가지는 이축 연신 필름. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
기계 방향(machine direction, MD) 및 주수축방향(transverse Direction(TD) 모두에서 150℃에서 5% 이하이고, 200℃에서 15% 이하의 수축률(shrinkage)을 가지는 이축 연신 필름. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 분산액 또는 상기 별개의 상은 폴리카르보네이트 및 폴리에스테르의 혼합물이며, 상기 매트릭스의 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)인 이축 연신 필름. - 제15항에 있어서,
상기 분산액 또는 상기 별개의 상의 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 또는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT)인 이축 연신 필름. - 제2의 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로서의 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트의 매트릭스에 분산된 제1의 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로서의 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트의 분산액을 포함하는 연신 필름인 유전 필름을 포함하는 캐패시터로서,
상기 제1의 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트는 상기 제2의 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트와 다르며,
상기 분산액에 분산된 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트는 50중량% 이하이며, 상기 분산된 적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트는 플레이트리트(platelet)의 형태로 존재하는 캐패시터. - 제17항에 있어서,
상기 연신 필름은 제2항 또는 제3항의 이축 연신 필름인, 캐패시터. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 이축 연식 필름인, 전기 절연체 필름.
- 파워 캐패시터의 작동방법으로서,
상기 파워 캐패시터는 제19항의 전기 절연체 필름을 포함하고, 상기 파워 캐패시터(power capacitor)가 작동하는, 파워 캐패시터의 작동방법 - 제17항에 있어서,
적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트의 상기 매트릭스에서, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate), 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 폴리부틸렌 이소프탈레이트(polybutylene isophthalate), 폴리부틸렌 나프탈레이트(polybutylene naphthalate), 폴리트리메틸렌 텔레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate; PTT), 폴리트리메틸렌 이소프탈레이트(polytrimethylene isophthalate), 폴리트리메틸렌 나프탈레이트(polytrimethylene naphthalate), 폴리(씨클로헥실렌-디메탄올-텔레프탈레이트)(poly(cyclohexylene-dimethanol-terephthalate; PCT), 폴리메틸렌 1,3-프로필렌 텔레프탈레이트(polymethylene 1,3-propylene terephthalate), 폴리헥사메틸렌 텔레프탈레이트(polyhexamethylene terephthalate), 폴리이소소르비드 텔레프탈레이트(polyisosorbide terephthalate; PEIT), 폴리헥사메틸렌 나프탈레이트(polyhexamethylene naphthalate), 폴리아릴레이트(polyarylates; Par), 그들의 공중합체, 그들의 혼합물 및 액정 폴리에스테르(liquid crystalline polyesters)로 이루어진 그룹에서 선택되는 캐패시터. - 제17항에 있어서,
적어도 하나의 폴리에스테르 및 폴리카보네이트의 상기 매트릭스에서, 폴리카보네이트는 폴리프로필렌 카보네이트(polypropylene carbonate; PPC), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 디페닐 폴리카보네이트(diphenyl polycarbonate; DPC), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 카보네이트(polyethylene terephthalate carbonate), 폴리에틸렌 카보네이트(polyethylene carbonate), 그들의 공중합체(copolymers) 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 캐패시터. - 제17항에 있어서,
상기 연신 필름은 제1항의 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 매트릭스에 분산된 폴리카보네이트(PC)의 분산액을 포함하는 이축 연신 필름인, 캐패시터. - a) 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 혼합물을 제공하고, 이때, 상기 혼합물에서 폴리에틸렌 나프탈레이트의 중량%는 적어도 50중량%이며,
b) 상기 폴리카보네이트(PC)가 노듈(nodules)의 형태가 되도록 필름을 형성하고,
c) 상기 폴리카보네이트(PC)가 플레이트리트(platelet)의 형태가 되도록 상기 필름을 이축 연신하며(biacially stretching), 상기 필름의 두께는 0.3 내지 25㎛이고,
d) 필름을 열 처리하는, 제1항의 이축 연신 필름(stretched film)의 제조방법. - a) 다음을 포함하는 혼합물을 제공하고:
- 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 50중량%의 폴리에스테르; 및
- 상기 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)와 혼합가능하고(miscible) 친화성이 있는(compatible) 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 두 고분자;를 포함하며;
상기 혼합물은 상용화제(compatibilizer)를 포함하지 않고,
b) 상기 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 두 고분자가 노듈(nodules)의 형태가 되도록 필름을 형성하고,
c) 상기 폴리에스테르 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 두 고분자가 적어도 두 고분자에 의해 각각 형성되는 플레이트리트(platelet)를 형성하도록 상기 필름을 이축 연신하며(stretching); 상기 필름의 두께는 0.3 내지 25㎛이고;
d) 필름을 열 처리하는, 제2항의 이축 연신 필름(stretched film)의 제조방법. - 제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 필름은 동시에 연신되는(simultaneously stretched), 이축 연신 필름(stretched film)의 제조방법. - 제24항 또는 제25항에 있어서,
기계 방향(machine direction, MD) 또는 주수축방향(transverse Direction; TD)에서의 연신율(stretching ratio)은 2 내지 7배인, 이축 연신 필름(stretched film)의 제조방법. - 제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 단계 c)는 Tg+5℃ 내지 Tg+30℃의 온도에 실행되며,
상기 Tg는 혼합물에서의 고분자 중 가장 높은 유리전이온도인, 이축 연신 필름(stretched film)의 제조방법. - 제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 단계 d)는 Tm-80℃ 내지 Tm-10℃의 온도 범위에서 실행되며,
상기 Tm은 혼합물에서의 고분자 중 가장 높은 녹는 온도인, 이축 연신 필름(stretched film)의 제조방법. - 제24항에 있어서,
상기 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 용융점도(melt viscosity)는 Tm에서 50 Pa.sec 내지 5000 Pa.sec이며,
상기 Tm은 혼합물에서의 고분자 중 가장 높은 녹는 온도인 연신 필름(stretched film)의 제조방법. - 제25항에 있어서,
a) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어진 그룹에서 선택된 폴리에스테르의 용융점도(melt viscosity)는 Tm에서 50 Pa.sec 내지 5000 Pa.sec이고; 또는
b) 상기 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)와 혼합가능하고(miscible) 친화성이 있는(compatible) 폴리에스테르의 용융점도(melt viscosity)는 Tm에서 50 Pa.sec 내지 5000 Pa.sec이며,
상기 Tm은 혼합물에서의 고분자 중 가장 높은 녹는 온도인 연신 필름(stretched film)의 제조방법. - 캐패시터(capacitor)의 제조방법으로서,
a) 적어도 하나의 다른 고분자의 매트릭스에 적어도 하나의 고분자의 분산액을 포함하는 연신 필름(stretched film)을 제공하고, 이때 상기 분산액의 분산된 고분자의 중량%는 50중량% 이하이고, 상기 분산된 고분자는 플레이트리트(platelet)의 형태로 존재하며, 6 이하의 상대유전율(relative permittivity)을 가지며,
b) 절연체로서 작용하는 연신 필름으로 캐패시터를 형성하는, 캐패시터의 제조방법. - 제32항에 있어서,
각각의 분산된 고분자의 상대유전율(relative permittivity)과 매트릭스의 평균 상대유전율(mean relative permittivity)의 차이의 절대값은 2 이하인, 캐패시터의 제조방법. - 제33항에 있어서,
각각의 분산된 고분자의 상대유전율(relative permittivity)과 매트릭스의 평균 상대유전율(mean relative permittivity)의 차이의 절대값은 1 이하인, 캐패시터의 제조방법.
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