KR102406427B1 - 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄필름을 포함하는 휴대폰 화면보호필름 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 비교예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법은, 열가소성 폴리우레탄고형분을 용매에 혼합시켜 폴리우레탄용액을 제조하는 단계, 상기 폴리우레탄용액을 교반하는 단계, 상기 폴리우레탄용액을 트레이에 따르는 단계, 상기 트레이에 담긴 상기 폴리우레탄용액의 두께를 설정하는 단계 및 상기 폴리우레탄용액을 건조시켜 폴리우레탄필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄필름을 포함하는 휴대폰 화면보호필름{METHOD FOR PRODUCIGN THERMOPLASTIC POLYURETHANE FILM AND SCREEN PROTECTION FILM FOR MOBILE PHONE INCLUDING THE THERMOPLASTIC POLYURETHANE FILM}

본 발명은 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄필름을 포함하는 휴대폰 화면보호필름에 관한 것이다.

열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane)은 우수한 탄성체 특성 및 열가소적 가공성으로 인해 산업상 매우 중요하다. 종래부터 열가소성 폴리우레탄 은 도료, 접착제, 롤, 튜브, 자기기록매체용 바인더 등 광범위한 분야에 사용되고 있다. 또한 열가소성 폴리우레탄은 다른 수지보다 저온특성이 우수하고 유연성이 풍부하며 내구성도 양호하므로 이와 같은 특성을 살린 합성피혁, 필름, 성형용 시트로서도 널리 사용되고 있으며, 특히 휴대폰 화면보호필름용으로 주로 사용되고 있다.

이때, 휴대폰 화면보호필름은 이송되는 이형필름 상에 티다이(T-die)를 이용하여 열가소성 폴리우레탄 수지를 연속적으로 압출 코팅함으로써 제조된 열가소성 폴리우레탄 다층 필름이 적용될 수 있다.

그러나, 이러한 티다이는 설비가 고가일 뿐만 아니라, 티다이를 통해 압출된 수지를 별도로 후가공하는 절차를 거쳐야 하므로 경제성이 떨어졌다. 또한, 티다이방식은 소량 생산이 어렵고, 도포층의 두께제어 및 표면의 먼지 등 이물질 제어 성능이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 다품종 소량 생산이 가능하고, 두께 및 이물질 제어가 용이한 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법은, 열가소성 폴리우레탄고형분을 용매에 혼합시켜 폴리우레탄용액을 제조하는 단계, 상기 폴리우레탄용액을 교반하는 단계, 상기 폴리우레탄용액을 트레이에 따르는 단계, 상기 트레이에 담긴 상기 폴리우레탄용액의 두께를 설정하는 단계 및 상기 폴리우레탄용액을 건조시켜 폴리우레탄필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 폴리우레탄용액을 제조하는 단계는, 상기 열가소성 폴리우레탄고형분 및 상기 용매의 중량비가 95~65 : 5~35일 수 있다.

상기 폴리우레탄용액을 제조하는 단계는, 제조된 상기 폴리우레탄용액에 대해 상기 열가소성 폴리우레탄고형분의 5~90중량%가 잔류될 수 있다.

상기 용매는, DMF(Dimethylformamide) 및 MEK(methyl ethyl ketone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

도포된 상기 폴리우레탄용액의 두께를 설정하는 단계는, 상기 트레이 일면으로부터 기 설정된 높이에 블레이드를 위치시키는 단계 및 상기 블레이드를 상기 트레이 일면과 수평한 방향으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

폴리우레탄필름을 형성하는 단계는, 상기 용매를 증발시켜 5 ~ 100㎛ 두께인 상기 폴리우레탄필름을 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대폰 화면보호필름은 전술한 제조방법으로 제조된 열가소성 폴리우레탄필름을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법은, 열가소성 폴리우레탄고형분을 용매에 일부 용해시킨 열가소성 폴리우레탄용액을 일정 두께로 도포 및 건조함으로써 폴리우레탄필름의 표면 불순물이 제거되고 필름의 박형화 및 두께 균일화가 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법은, 티다이 방식을 사용하지 않고, 용해로에서 별도로 용해시킨 폴리우레탄용액을 도포 및 건조하는 필름 코팅방식을 통해 공정시간 단축 및 생산수율 증가가 가능하다. 또한, 필름을 소량 제작시에도 용해로를 작동시켜 공정을 진행할 수 있으므로 다품종 소량생산이 가능하다.

도 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 열가소성 폴리우레탄필름을 포함하는 휴대폰 화면보호필름을 제조하는 공정도이다.
도 6은 본 발명에서 제조된 휴대폰 화면보호필름의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법을 도시한 것이다.

도 1 내지 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법은 폴리우레탄용액을 제조하는 단계, 폴리우레탄용액을 교반하는 단계, 폴리우레탄용액을 트레이에 따르는 단계, 폴리우레탄용액의 두께를 설정하는 단계 및 폴리우레탄필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

먼저, 도 1을 참고하면 폴리우레탄용액을 제조하는 단계는 용매에 열가소성 폴리우레탄 고형분을 용해시킬 수 있다. 열가소성 폴리우레탄 고형분 및 용매의 중량비는 95~65 : 5~35일 수 있다. 용매는 DMF(Dimethylformamide) 및 MEK(methyl ethyl ketone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 용매는 DMF(Dimethylformamide) 및 MEK(methyl ethyl ketone) 중 어느 하나를 사용하거나, 소정의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다. 열가소성 폴리우레탄 고형분의 쇼어 경도 A 55~95일 수 있다.

예를 들어, 용해로(10)에 전술한 열가소성 폴리우레탄 고형분 및 용매를 95~65 : 5~35의 중량비로 투입 후 80~180℃의 온도에서 5000~8000rpm으로 혼합 시켜 폴리우레탄용액(100)을 제조할 수 있다.

이때, 폴리우레탄용액(100)에 대해 열가소성 폴리우레탄고형분이 5~90중량% 잔존하도록 제어할 수 있다. 이는 용매 및 열가소성 폴리우레탄 고형분을 혼합하는 과정에서, 열가소성 폴리우레탄용액(100)에 대해 열가소성 폴리우레탄고형분이 10~20중량%는 용해되지 않도록 온도를 제어할 수 있다. 즉, 폴리우레탄용액(100)에 대해 열가소성 폴리우레탄고형분의 불휘발분(Nonvolatile Ingredient, NV)은 5~90중량% 일 수 있다.

이 후, 폴리우레탄용액을 교반하는 단계에서는 폴리우레탄용액(100)을 지속적으로 교반함으로써, 잔류한 열가소성 폴리우레탄고형분을 폴리우레탄용액(100) 내에서 분산시킬 수 있다.

이에 따라, 용매에 열가소성 폴리우레탄 고형분을 소정 비율로 용해시켜 적정한 점도를 가지면서도 흐름성이 향상되어 폴리우레탄용액의 두께를 제어하기가 용이한 효과가 있다. 예를 들어, 폴리우레탄용액(100)의 점도는 5,000~100,000cps 일 수 있다.

이 후, 폴리우레탄용액을 트레이에 따르는 단계에서는 용해로(10)의 폴리우레탄용액(100)을 트레이(30) 일면에 부을 수 있다. 트레이(30)는 용해로(10) 아래에 배치되어, 용해로(10)의 배출부(12)로부터 배출되는 폴리우레탄용액(100)이 담길 수 있다.

도 2를 참고하면, 폴리우레탄용액의 두께를 설정하는 단계는 트레이(30)에 담긴 폴리우레탄용액(100)의 두께를 조절할 수 있다. 이를 위해, 블레이드를 위치시키는 단계 및 블레이드를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

먼저, 두께조절부(40)를 트레이(30)의 표면으로부터 기 설정된 높이에 위치시킬 수 있다. 두께조절부(40)에는 블레이드(41)가 장착되어 있으며, 이러한 블레이드(41)는 폴리우레탄용액(100)의 표면에 접촉할 수 있다.

이후, 블레이드(41)를 트레이(30)의 표면과 수평한 방향으로 이동시켜 폴리우레탄용액(100)의 표면을 밀어낼 수 있다. 이때, 블레이드(41)는 폴리우레탄용액(100)의 표면을 따라 복수 회 왕복 이동할 수 있다. 이에 따라, 폴리우레탄용액(100)은 트레이(30)의 표면에 도포됨과 동시에, 전체적으로 균일한 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도포된 폴리우레탄용액(100)은 5~200㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 트레이(30)의 내부에는 무게감지센서(32)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 무게감지센서(32)는 트레이(30)의 표면과 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 무게감지센서(32)는 복수개가 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수개의 무게감지센서(32)는 도포된 폴리우레탄용액(100)의 영역별 무게를 감지할 수 있다.

이때, 각 무게감지센서(32)에서 감지한 각 영역의 무게가 소정범위값 내에 있을 경우, 폴리우레탄용액(100)이 전체적으로 균일하게 도포된 것으로 인식하여 두께조절부(40)의 작동을 정지할 수 있다. 또한, 각 영역의 무게가 소정범위값을 벗어날 경우, 폴리우레탄용액(100)이 전체적으로 불균일한 두께를 갖는 것으로 인식하여, 각 영역의 무게가 소정범위값 내로 조정될때까지 두께조절부(40)를 작동시킬 수 있다.

도 3를 참고하면, 폴리우레탄용액(100)을 건조시켜 폴리우레탄필름(200)을 형성할 수 있다. 이때, 건조기(50)가 트레이(30) 상부에 배치되어 열을 가함으로써 폴리우레탄용액(100)을 건조시킬 수 있다. 예를 들어, 건조기(50)는 100~150℃의 열을 가하여 폴리우레탄용액(100)의 용매를 증발시킬 수 있다.

이때, 폴리우레탄용액(100) 내에 용해되지 않고 분산되어 있던 열가소성 폴리우레탄고형분만이 잔류하여 레이어가 형성될 수 있다. 이러한 레이어는 열가소성 폴리우레탄필름(200)일 수 있다. 예를 들어, 열가소성 폴리우레탄필름(200)은 5 ~ 100㎛의 두께로 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 열가소성 폴리우레탄필름(200)은 트레이(30)로부터 박리함으로써 얻어질 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법은 용매 및 열가소성 폴리우레탄 고형분을 용해시켜 용액을 제조하되, 소정 중량%의 폴리우레탄 고형분은 용해되지 않은 채 용액 내에 분산되어 있도록 제어하여, 이러한 폴리우레탄용액을 도포, 두께제어 및 건조하여 5 ~ 100㎛ 두께의 열가소성 폴리우레탄필름을 제조할 수 있다. 이에 따라, 폴리우레탄필름의 표면 이물질 제어가 가능하고, 박형화 및 두께 균일화가 가능한 효과가 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법은 폴리우레탄용액을 원하는 양만큼 트레이에 부어 폴리우레탄필름을 형성할 수 있으므로 다품종 소량생산이 가능한 효과가 있다.

[실시예]

실시예 1 내지 3의 용매 및 열가소성 폴리우레탄 고형분은 하기의 표 1과 같은 비율로 준비하여, 80~180℃의 온도에서 5000~8000rpm의 속도로 혼합하여 열가소성 폴리우레탄 용액을 제조하였다. 이후, 열가소성 폴리우레탄 용액을 부어 200㎛의 두께로 도포한 뒤, 100~150℃의 열을 가하여 건조시켜 열가소성 폴리우레탄필름을 얻을 수 있다.

[비교예]

비교예 1 내지 3은 용매 및 열가소성 폴리우레탄 고형분을 하기의 표 1과 같은 비율로 준비하여, 실시예와 동일한 방법으로 열가소성 폴리우레탄필름을 제조할 수 있다.

구분	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 3
용매(wt%)	1	4	5	20	35	36
열가소성 폴리우레탄 고형분(wt%)	99	96	95	80	65	64
열가소성 폴리우레탄 고형분의 불휘발분(폴리우레탄용액에 대한 wt%)	90	90	90	90	90	90
폴리우레탄필름 두께(㎛)	130	105	80	40	10	10
폴리우레탄 필름 홀 형성유무	없음	없음	없음	없음	없음	있음
곡면대응 성능	낮음	중간	높음	높음	높음	높음

실시예 1 내지 3에 따르면, 용매가 5~35wt% 및 열가소성 폴리우레탄 고형분이 65~95wt%일 경우 제조된 폴리우레탄필름의 두께는 5 ~ 100㎛의 범위 내에서 형성되며 곡면대응 성능이 높인 편이다. 실시예 1 내지 3에 따라 제조할 경우 열가소성 폴리우레탄필름의 박형화가 가능하면서도 홀을 형성시키지 않는다.

용매가 5wt% 미만인 폴리우레탄용액을 적용한 비교예 1 및 2에 따르면, 제조된 폴리우레탄필름의 두께는 모두 100㎛를 초과하였다. 이는 용매가 5wt% 미만인 경우 폴리우레탄 고형분의 용해가 어려워 폴리우레탄 고형분의 잔류량이 증가하기 때문 것으로 판단된다. 또한, 비교예 1 및 2의 폴리우레탄필름의 곡면대응 성능은 비교적 낮은 편으로, 이는 필름의 두께가 100㎛를 초과하기 때문인 것으로 판단된다.

비교예 3에 따르면, 용매가 35wt%를 초과한 36wt%인 폴리우레탄용액을 적용한 제조된 폴리우레탄필름의 두께는 10㎛로 형성되며 곡면대응 성능도 높은 편이다. 그러나, 제조과정에서 필름에 홀이 발생하였으며, 이는 용매가 35wt%를 초과하여 과다하므로 두께가 불균일하게 형성되기 때문인 것으로 판단된다.

상기 실시예 및 비교예를 통해서, 본 발명은 제조과정에서 열가소성 폴리우레탄고형분 및 용매의 중량비를 95~65 : 5~35의 범위로 설정함으로써, 열가소성 폴리우레탄필름의 두께가 5 ~ 100㎛ 범위 내로 형성되도록 하여 필름의 박형화가 가능하여 필름의 곡면대응 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 홀을 발생시키지 않아 수율이 증가할 수 있다.

도 5는 본 발명의 열가소성 폴리우레탄필름을 포함하는 휴대폰 화면보호필름을 제조하는 공정도이다. 도 6은 본 발명에서 제조된 휴대폰 화면보호필름의 단면도이다.

한편, 도 5를 참고하면, 열가소성 폴리우레탄필름(200)의 양측면에 이형필름(210,220)을 부착할 수 있다. 예를 들어, 제1 롤러(300)를 통해 열가소성 폴리우레탄필름(200)이 제공되고, 제2 롤러(310) 및 제3 롤러(320)를 통해 열가소성 폴리우레탄필름(200)의 상면 및 하면에 각각 이형필름(210,220)을 제공할 수 있다. 이때, 열가소성 폴리우레탄필름(200) 및 이형필름(210,220)은 압착롤러(330)를 통과하면서 상호 부착될 수 있다.

이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 열가소성 폴리우레탄필름(200) 및 이의 양측면에 이형필름(210,220)이 각각 부착되어 형성된 휴대폰 화면보호필름(400)을 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 비교예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10: 용해로 12: 배출부
30: 트레이 32: 무게감지센서
40: 두께조절부 41: 블레이드
50: 건조기
100: 폴리우레탄용액 200: 폴리우레탄필름
210,220: 이형필름 300: 제1 롤러
310: 제2 롤러 320: 제3 롤러
330: 압착롤러 400: 휴대폰 화면보호필름

Claims (7)

1. 열가소성 폴리우레탄고형분을 용매에 혼합시켜 폴리우레탄용액을 제조하는 단계;
   상기 폴리우레탄용액을 교반하는 단계;
   상기 폴리우레탄용액을 트레이에 따르는 단계;
   상기 트레이에 담긴 상기 폴리우레탄용액의 두께를 설정하는 단계; 및
   상기 폴리우레탄용액을 건조시켜 폴리우레탄필름을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 폴리우레탄용액의 두께를 설정하는 단계는,
   두께 조절을 위한 블레이드가 하단에 장착된 두께조절부를 트레이의 표면으로부터 기설정된 높이에 위치시키는 단계;
   상기 블레이드를 상기 폴리우레탄용액의 표면에 접촉하는 단계; 및
   상기 블레이드를 상기 트레이 표면과 수평한 방향으로 이동시켜 상기 폴리우레탄용액의 표면을 밀어내어 두께를 조절하는 단계를 포함하고,
   상기 폴리우레탄용액의 표면을 밀어내어 두께를 조절하는 단계는,
   상기 트레이에 구비되며, 소정의 거리 이격 배치된 복수 개의 무게감지센서에 의해 폴리우레탄용액 각 영역의 무게를 감지하는 단계; 및
   상기 복수 개의 무게감지센서 상에 배치된 폴리우레탄용액 각 영역의 무게가 소정범위값 이상인 경우 폴리우레탄용액의 두께가 전체적으로 불균일한 것으로 인식하여 상기 폴리우레탄용액의 표면을 따라 상기 블레이드를 왕복이동시키고, 상기 복수 개의 무게감지센서 상에 배치된 폴리우레탄용액 각 영역의 무게가 소정범위값 미만인 경우 상기 폴리우레탄용액의 두께가 전체적으로 균일한 것으로 인식하여 두께조절부의 작동을 정지하는 단계를 포함하고,
   상기 폴리우레탄용액을 제조하는 단계에 있어서,
   상기 열가소성 폴리우레탄고형분 및 상기 용매의 중량비는 95~65 : 5~35로 설정되고, 제조된 상기 폴리우레탄용액에 대해 상기 열가소성 폴리우레탄고형분의 5~90중량%이 잔류되고,
   상기 용매는 DMF(Dimethylformamide) 및 MEK(methyl ethyl ketone) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
   상기 폴리우레탄필름을 형성하는 단계는,
   상기 용매를 증발시켜 5 ~ 100㎛ 두께인 상기 폴리우레탄필름을 형성하는 단계를 포함하는 열가소성 폴리우레탄필름의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 따른 제조방법으로 제조된 열가소성 폴리우레탄필름을 포함하는 휴대폰 화면보호필름.

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