KR102521643B1 - 동시이축연신 필름의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은, 이축연신장치를 이용하여 이축방향으로 동시에 연신함으로써 공정을 단순화하여 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 연신성이 좋으면서도 평면성이 우수한 동시이축연신 필름의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 동시이축연신 필름의 제조방법은 (a) 원료를 준비하는 단계, (b) 상기 원료를 공압출하여 시트를 제조하는 단계, (c) 상기 시트를 가열하면서 이축방향으로 동시에 연신하여 필름을 제조하는 단계 및 (d) 상기 필름을 열고정하고, 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

동시이축연신 필름의 제조방법 {METHOD OF MANUFACTURING SIMULTANEOUS BIAXIAL STRETCHED FILM}
본 명세서에 개시된 내용은 동시이축연신 필름의 제조방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시하지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로 폴리에틸렌 및 폴리에스테르는 미연신상태에서는 취약하여 실용성이 없기 때문에 거의 이축연신 필름으로 사용하고 있으며, 축차이축연신법(Sequential biaxial stretching), 동시이축연신법(Simultaneous biaxial stretching)과 같은 이축연신법을 적용하여 제조하고 있으나 주로 축차이축연신법을 사용하고 있다. 축차이축연신법은 미연신 시트를 먼저 한 방향으로 연신한 다음 다시 직각방향으로 연신하는 방법으로써 먼저 세로 방향으로 연신을 한 후 가로 방향으로 연신하는 종횡 연신법과 이 순서를 반대로 하는 횡종 연신법 2가지가 있다. 즉, 횡종 또는 종횡 방향으로 연신을 순차적으로 진행하기 때문에 횡방향과 종방향 연신 시 발생된 각각의 잔류인력이 상이하며, 수축응력 차이로 인해 필름의 외형이 변형되는 문제점이 있다.
한편, 동시이축연신법은 횡방향과 종방향으로 동시에 연신하기 때문에 축차이축연신법에 비해 연신성이 더 좋기는 하나 동시이축연신 장비인 횡연신기(tenter)의 메커니즘이 비교적 복잡하고 고속화에 불리한 점 때문에 극히 일부에서만 사용하고 있다. 튜블러법은 통 형태의 미연신 시트를 만들고 여기에 공기를 불어 넣어 풍선을 부는 듯한 방법으로 이축방향으로 동시에 연신하는 것으로 필름 수율이 높기는 하나 상기 언급한 텐더법에 비해 두꺼운 얼룩이 생기거나 평면성이 나빠지는 일이 많아 높은 품질이 요구되는 용도로는 거의 사용되지 못하고 있다.
따라서, 보다 높은 품질의 필름을 생산하기 위한 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0502261호(2005.07.11) 대한민국 등록특허 제10-0666526호(2007.01.03)
공정이 비교적 간단하고, 연신성이 좋으면서도 평면성이 우수한 동시이축연신 필름의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.
개시된 내용의 일 실시예에 의하면, 동시이축연신 필름의 제조방법은 (a) 원료를 준비하는 단계, (b) 상기 원료를 공압출하여 시트를 제조하는 단계, (c) 상기 시트를 가열하면서 이축방향으로 동시에 연신하여 필름을 제조하는 단계 및 (d) 상기 필름을 열고정하고, 냉각하는 단계;를 포함하고, 상기 (c)단계와 상기 (d)단계는 이축연신장치에 의해 실시되되, 상기 이축연신장치는 상기 시트에 열을 공급하는 열공급부와, 상기 시트를 열공급부로 이송 및 연신하는 이송부를 포함하고, 상기 열공급부는 상기 시트가 이송되는 통로의 입구측에 위치되는 예열구간, 상기 예열구간으로부터 이송되는 시트를 가열하면서 동시이축연신하여 필름을 제조하는 연신구간, 상기 필름을 결정화시키는 열고정구간 및 상기 열고정구간으로부터 이송되는 필름을 냉각시키는 냉각구간을 포함한다.
또한, 상기 (a)단계에서 원료는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌 및 폴리아미드 66 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는 200~300℃의 온도에서 T-다이에 의해 실시될 수 있다.
또한, 상기 연신구간은 100~150℃의 온도 조건에서 시트를 4000~55000%/min의 속도로 종방향과 횡방향으로 동시에 5~10배 연신할 수 있다.
또한, 상기 열고정구간은 200~250℃의 온도 조건일 수 있다.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 동시이축연신 필름의 제조방법은 이축연신장치를 이용하여 이축방향으로 동시에 연신함으로써 공정을 단순화하여 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 연신성이 좋으면서도 평면성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 내용의 일 실시예에 따른 동시이축연신 필름의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 은 본 명세서에 개시된 내용의 일 실시예에 따른 동시이축연신 필름의 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 이축연신장치를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 개시된 내용의 바람직한 실시예의 구성 및 작용 효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.
이하, 본 명세서에 개시된 동시이축연신 필름의 제조방법을 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 동시이축연신 필름의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 2는 본 명세서에 개시된 동시이축연신 필름의 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 동시이축연신 필름의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1 및 2를 참조하면, 우선 원료를 준비한다(S10).
본 실시예에서는 원료로 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리아미드 66(Polyamide 66, PA 66) 중에서 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리프로필렌(PP) 중에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 고유점도가 0.6~0.8 범위인 것을 사용하는 것이 좋다. 한편, 원료는 하기 후술할 공압출 시 가수분해가 일어나지 않도록 충분히 건조시켜 준비하는 것이 바람직하다.
그 다음, 원료를 공압출하여 시트를 제조한다(S20).
상기 S10단계에서 준비된 원료를 200~300℃의 온도로 공압출하여 비결정상태의 시트를 제조할 수 있으며, 이는 T-다이에 의해 실시될 수 있다. 상기 시트는 단일층으로 제조될 수도 있고, 복수층으로 제조될 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 일 예로, 시트가 3층으로 형성되는 경우, 제1층의 상면에 제2층, 제3층이 순차적으로 적층 형성되는 구조일 수 있으며, 이때, 제1층과 제3층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 형성될 수 있고, 제2층은 폴리프로필렌(PP)으로 형성될 수 있다.
상기 공압출 온도가 200℃ 미만이면, 원하는 형상으로의 성형이 어려울 수 있고, 300℃를 초과하면, 강도가 저하되고, 물성이 변할 수 있으므로 바람직하지 못하다. 상기 언급한 공압출 온도 범위를 만족하는 경우 최종 제품의 물성의 향상이 가능할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 T-다이(100)는 하나 이상의 유로를 포함하고 있으며, 상기 유로의 갯수는 시트의 층수에 대응되게 형성될 수 있다.
그리고, 시트를 가열하면서 이축방향으로 동시에 연신하여 필름을 제조한다(S30).
상기 S20단계에서 제조된 시트를 100~150℃, 바람직하게는 120~130℃의 온도 조건에서 4000~55000%/min의 속도로 종방향과 횡방향으로 동시에 5~10배, 바람직하게는 6~7배 연신하여 필름을 제조할 수 있으며, 상기 언급한 온도와 속도 범위 하에서 연신을 실시하는 경우 방축성을 부여하면서도 보잉율을 4%이하로 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 동시이축연신함으로써 필름의 충격강도, 투명성 및 차단성이 증가될 수 있으며, 하기 후술할 열고정 시 필름의 결정화도가 높아질 수 있다.
마지막으로, 필름을 열고정하고 냉각한다(S40).
상기 S30단계에서 연신된 필름을 200~250℃에서 열고정하고 50~100℃에서 서서히 냉각시킬 수 있다. 열고정 공정을 거치는 동안 필름 내 분자들이 재배열됨과 동시에 연신에 의해 발생된 구조적인 결함이 감소됨으로써 열치수 안정성이 높아질 수 있다.
상기 열고정 온도가 200℃ 미만이면, 열수축률이 커질 수 있고, 250℃를 초과하면, 강도와 탄성률이 감소할 수 있다.
한편, 상기 S30단계 및 상기 S40단계는 이축연신장치에 의해 실시될 수 있다.
도 3은 이축연신장치를 나타낸 개략도이다.
도 3을 참조하면, 상기 이축연신장치(200)는 열공급부(210)와 이송부(230)를 포함한다.
상기 열공급부(210)는 예열구간(211), 연신구간(213), 열고정구간(215) 및 냉각구간(217)을 포함할 수 있다.
예열구간(211)은 상기 시트(1)가 이송되는 통로의 입구측에 위치되고, 50~100℃의 온도 조건에서 이송되는 시트(1)를 예열할 수 있다.
연신구간(213)은 상기 예열구간(211)으로부터 이송되는 시트(1)를 가열하면서 동시이축연신하여 필름(2)을 제조하되 구체적으로는 100~150℃의 온도 조건에서 4000~55000%/min의 속도로 종방향과 횡방향으로 동시에 5~10배 연신하여 필름(2)을 제조할 수 있다.
열고정구간(215)은 상기 필름(2)을 200~250℃의 온도 조건에서 1~30초 동안 열처리함으로써 필름(2)을 결정화시킬 수 있다. 상기 언급한 온도 조건을 만족하는 경우 열치수 안정성을 높일 수 있다.
냉각구간(217)은 상기 열고정구간(215)으로부터 이송되는 필름(2)을 50~100℃에서 서서히 냉각시킬 수 있다.
상기 이송부(230)는 상기 시트(1)를 열공급부(210)로 이송 및 연신하는 역할을 하고, 구동롤러(231)에 의해 이동되는 이송체인(233)과, 상기 이송체인(233)에 시트(1) 또는 필름(2)을 고정하는 고정부재(235)를 포함할 수 있다. 예컨대, 동시이축연신 시 클립형태로 형성된 고정부재(235)에 의한 시트(1) 또는 필름(2)의 가장자리 파단을 방지하기 위해 시트(1) 또는 필름(2)과 접촉되는 고정부재(235)의 접촉면에는 탄성부재가 구비될 수 있다. 한편, 탄성부재의 일면은 시트(1) 또는 필름(2) 간의 마찰면을 높이기 위해 표면처리될 수 있으며, 이때, 표면조도(Ra)는 그 수치 범위를 크기 한정하지는 않으나, 바람직하게는 1~ 3㎛일 수 있다.
상술한 바와 같이 고정부재(235)에 탄성부재가 구비됨으로써 시트(1) 또는 필름(2)의 가장자리가 파단되는 현상이 방지됨으로 수율이 높아질 수 있다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.
1: 시트 2: 필름
100: T-다이 200: 이축연신장치
210: 열공급부 211: 예열구간
213: 연신구간 215: 열고정구간
217: 냉각구간 230: 이송부
231: 이축연신장치 233: 이송체인
235: 고정부재

Claims (5)

  1. (a) 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리아미드 66(Polyamide 66, PA 66) 중에서 선택되는 하나 이상의 원료를 준비하는 단계;
    (b) 상기 원료를 240~250℃의 온도로 공압출하여 시트를 제조하는 단계;
    (c) 상기 시트를 가열하면서 이축방향으로 동시에 연신하여 필름을 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 필름을 열고정하고, 냉각하는 단계;를 포함하고,
    상기 (c)단계와 상기 (d)단계는 이축연신장치에 의해 실시되되,
    상기 이축연신장치는,
    상기 시트에 열을 공급하는 열공급부와, 상기 시트를 열공급부로 이송 및 연신하는 이송부를 포함하고,
    상기 열공급부는 상기 시트가 이송되는 통로의 입구측에 위치되는 예열구간, 상기 예열구간으로부터 이송되는 시트를 가열하면서 동시이축연신하여 필름을 제조하는 연신구간, 상기 필름을 결정화시키는 열고정구간 및 상기 열고정구간으로부터 이송되는 필름을 냉각시키는 냉각구간을 포함하며,
    상기 연신구간은 120~130℃의 온도 조건에서 시트를 4000~55000%/min의 속도로 종방향과 횡방향으로 동시에 6~7배 연신하고, 상기 열고정구간은 200~250℃의 온도로 열고정하며,
    상기 이송부는 구동롤러에 의해 이동되는 이송체인과 상기 이송체인에 시트 또는 필름을 고정하는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시이축연신 필름의 제조방법.
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