KR19980065562A - 이접착성 나일론 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 나일론의 미연신원단에 수성 우레탄 수지와 수성 멜라민 경화제, 디아민계의 첨가제를 함유하는 코팅액을 프라이머리 코팅을 한 후에, 적외선 히터를 사용하여 건조, 연신, 열처리하여 제조되는 이접착성 나일론 필름의 제조방법에 관한 것으로, 슬립성을 좋게 하기 위하여 SiO₂미립자를 0.01~2중량부 첨가할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 수성 우레탄 수지의 분자량은 10,000~300,000이 좋다. 분자량이 10,000 이하일 경우에는 내수성, 내용제성, 내마모성이 불량하며, 분자량이 300,000 이상일 경우에는 수용화가 어렵기 때문이다.

Description

이접착성 나일론 필름의 제조방법

제 1 도는 나일론 필름의 제조 공정도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 칩 호퍼,2 : 압출기,

3 : 환형다이,4 : 냉각조,

5 : 미연신 튜브,6 : 그라비아 코터,

7 : 적외선 히터가 설치된 건조부,

7' : 적외선 히터가 설치되지 않은 건조부,8 : 링 가열기,

9 : 연신필름,10 : 열처리부

본 발명은 이접착성(易接着性) 나일론 필름의 제조방법, 더 자세하게는 인쇄잉크, 금속 증착, 기타 필름과 라미네이트 및 그 외에 도공제와의 이접착성 뿐만 아니라 비등수로 열수 처리할 때의 접착성이 개선된 이접착성 나일론 필름에 관한 것이다.

나일론 필름은 투명성, 물리적 강도, 화학적 안정성, 기계적성, 방습성 및 가스 베리어성 등이 뛰어나므로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 라미네이트제와 복합화되고 포장재로 가공되어 냉동, 냉장 및 레토르트 포장재와 같은 식품 포장에 광범위하게 사용되고 있다.

최근에는 젖은 면을 그대로 포장하는 특수 포장 용도로서 생면용 나일론 필름이 많이 쓰임에 따라 강력한 내수성과 내열성을 필요로 한다.

이러한 나일론 필름은 단독으로 쓰이기보다는 인쇄, 금속 증착, 기타 열가소성 필름의 라미네이트제와의 합지 또는 도공제의 도포 등에 의하여 복합화되어 사용되고 있다. 그러나 이와 같이 복합화되어 사용할 때, 나일론 필름의 표면 접착력이 약하면 인쇄, 금속의 증착, 다른 필름과의 박리 현상이 발생하며, 특히 장마철 등의 습도가 높은 때에는 박리 현상이 빈번하게 발생한다.

특히 레토르트 제품의 경우에는 합지한 복합 필름을 제대하고, 식품 등을 충진하여 비등수에서 끓일 뿐만 아니라, 습기를 포함한 상태의 음식물을 보관하는 조건이기 때문에 나일론 필름과 라미네이트와의 박리가 쉽게 발생하는 문제점이 있다.

또한 나일론 필름의 제조에서 사용되는 수지는 회수나 기계의 부식 등의 문제로 유기용제보다는 수성 수지를 사용하는 것이 좋지만, 수성 수지를 사용하였을 경우 건조가 활발하게 이루어지지 않고, 게다가 수성화되어 있는 수지 입자들이 견고한 피막을 형성시키지 못할 경우 부위별로 접착력이 달라지는 문제가 발생한다.

본 발명자들은 꾸준한 연구와 실험을 한 결과 나일론 필름 제조공정 중에 복합 코팅액을 도포하고, 건조과정을 개량함으로써 상기의 문제점들을 개선할 수 있음을 알게 되었다.

본 발명의 목적은 나일론 필름의 투명성, 슬립성, 내블로킹성을 저하시키지 않고, 접착제 또는 인쇄잉크와 나일론 필름과의 접착력을 강화시켜 내열성과 내수성이 우수한 이접착성 나일론 필름의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 나일론의 미연신원단에 수성 우레탄 수지와 수성 멜라민 경화제, 디아민계 첨가제를 함유하는 코팅액을 프라이머리 코팅을 한 후, 적외선 히터를 사용하여 건조하고, 연신, 열처리하여 제조되는 이접착성 나일론 필름의 제조방법에 관한 것으로, 슬립성을 좋게 하기 위하여 SiO₂미립자를 0.01~2중량부 정도 첨가할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 수성 우레탄 수지의 분자량은 10,000~300,000이 좋다. 분자량이 10,000 이하일 경우에는 내수성, 내용제성, 내마모성이 불량하며, 분자량이 300,000 이상일 경우에는 수용화가 어렵기 때문이다.

상기 제조방법에서 도포되는 수지는 여러 종류가 있겠으나, 본 발명의 우레탄 수지가 내열성과 내수성이 우수항 레토르트용 제품에 적당할 뿐 아니라, 인쇄 잉크 또는 드라이라미네이션을 실시할 때 우레탄 프라이머리 코팅제와의 접착력이 좋으므로 바람직하다. 또한 피막의 안정성, 내열성 그리고 내수성을 강화하기 위하여 수성 멜라민 경화제를 경화를 하였으며, 잉크와의 인쇄 적성 및 도공제와의 적성을 활발하게 하기 위하여 디아민계 첨가제를 사용하였다.

실제로 디아민 첨가제를 사용하면 -NH의 화학구조로 인해 인쇄 잉크 외에 접착제와의 결합력 또한 증가시키는 경향을 나타내고 있다.

따라서 본 발명에서는 도면 2에 나타낸 바와 같이 건조부에 적외선 히터를 설치함으로써, 수성 수지의 단점인 건조가 잘 이루어지지 않은 단점을 극복할 수 있고, 아울러 수지 사이의 화학적 결합력을 극대화할 수 있다.

한편 반응을 활발하게 하기 위해 암모니아수를 첨가할 수 있다.

이접착성 나일론필름의 제조방법을 다시 한번 설명하면 도면 2에 나타낸 바와 같이, 다이(Die)에서 용융압출, 급냉각 고화하여 얻어진 미연신 원단에 그라비아 코터를 이용하여 수지를 코팅한 후, 적외선 히터를 이용하여 건조하고 연신, 열처리함으로써 나일론과 코팅된 수지가 동시에 연신되어 박막의 프라이머리 코팅층이 나일론 필름 표면 위에서 형성되는 이접착성 나일론 필름이 제조된다.

이접착성 나일론 필름 표면위에 형성된 수지의 피막은 후의 인쇄공정이나 다른 필름과의 합지 공정시 온도가 40℃이상이 되면 나일론 필름에 코팅된 수지의 접착성이 회복되어 인쇄 잉크나, 접착제 코팅시 강한 결합력을 부여하여 주기 때문에 가공 후에 높은 내수성과 내열성을 나타내 준다.

상기의 제조공정을 거쳐서 제조되는 이접착성 나일론 필름은 우레탄 수지나 아크릴 수지만을 이용하여 오프라인 코팅을 하는 정규 나일론 필름에 비교하여, 우레탄 수지에 수성 멜라민 경화제, 디아민계 첨가제를 혼합하여 도포함으로써 접착제나 인쇄잉크와 나일론 필름과의 접착력을 강화시켜 내수성과 내열성이 보다 우수하다. 또한 환경 문제를 유발시킬 수 있는 고가의 유기용제를 사용하지 않고 수성수지를 사용함으로써 발화의 위험성이 줄어들 뿐 아니라 리사이클링 공정도 필요하지 않게 된다.

[실시예 1]

코팅액을 조액하기 위하여 아래의 조성으로 다음과 같은 방법으로 실험을 실시하였다.

- 조성 -

우레탄 수지 : 10 중량부 (DIC 수지)

25% NH₄OH : 5 중량부

증류수 : 140 중량부

트리올 멜라민 경화제 : 5 중량부 (DIC 수지)

에틸렌 디아민 첨가제 : 1 중량부 (덕산 화학)

SiO₂미립자 : 1 중량부

우선 호모믹서(Homomixer)를 이용하여 SiO₂미립자 1중량부 정도를 증류수 90중량부에 첨가한 후에 2,000rpm 정도에서 1시간 교반을 실시한 후에 액의 온도가 25℃가 될 때까지 방치한다.(이 액을 1액이라 칭함)

이 1 액에 수성 우레탄 수지 10중량부를 첨부하여 거품이 발생하지 않도록 주의하면서 교반기를 이용하여 1,000 rpm 정도에서 20분간 교반을 실시한 후 이에 NH₄OH를 첨가하여 5분 정도 교반한 후에 이 액을 2액이라 칭한다.

멜라민 경화제 5중량부를 증류수 50중량부에 넣고 교반기를 이용하여 1,000 rpm 정도에서 20분간 교반을 실시하여, 이 액을 3액이라 칭한다.

1액에 2액을 첨가한 후에 교반기를 이용하여 10분 교반을 실시한 후, 이에 3액을 첨가하여 10분 정도 교반을 실시하고 에틸렌 디아민을 첨가하여 5분 정도 교반한 후 거품이 제거되면 조액을 완료한다.

한편 관형상 다이(Die)으로 부터 나일론-6 레진(융점 270℃)을 용융 압출하여 급냉각 고화하여 얻어진 튜브상의 미연신 원단에 그라비아 코터를 이용하여 조제된 조액을 이용하여 1μm정도 코팅(Dry Pick-up)한 후에 적외선 히터가 장착된 100℃의 건조부에서 건조한 후, 가로세로 동시에 3×3배 2축 연신을 행하여 도포층이 0.1μm 정도 두께의 균일한 막을 얻을 수가 있었으며, 이 복합 필름을 150~220℃정도의 열처리 과정을 거치게 한 후 양끈 부분을 절단기로 절개하여 2개의 다른 코어에 감았다. 이때 사용된 적외선 히터의 길이는 8m였으며, 코팅된 원단의 속도는 30m/min엿다.

상기의 공정을 거쳐 제조된 이접착 나일론 필름 표면의 균일성을 조사하기 위하여 부위별 접촉각을 측정하여 표 1 에 정리하였다.

그리고 이접착 나일론 필름의 잉크 및 라미네이트지와의 접착력을 조사하기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.

이접착 나일론 필름에 2μm 두께로 백색과 적색의 잉크를 사용하여 인쇄를 행한 후에 적색은 50℃에서 백색은 80℃의 열풍 오븐에서 건조를 실시한 후 1일간 상온에서 숙성(aging)을 시키고 나서 다음과 같은 방법으로 드라이라미네이션(Dry Lamination)을 실시하여 접착강도를 조사하여 표 2 에 정리하였다.

드라이라미네이션의 접착제는 2액형 우레탄(도요모토사 adcote)을 사용하였으며 그라비아 코터를 이용하여 도포량을 3g/㎡으로 조정하여 80℃에서 30초간 건조한 후에 폴리에틸렌 필름과 70℃에서 드라이라미네이션을 실시하였다.

또한 무지 부분의 박리강도를 조사하기 위하여 잉크의 인쇄를 행하지 않고, 위의 방법과 같이 드라이라미네이션을 실시하였다.

이때의 접착제의 고형분은 30%로 하였으며, 사용한 유기용제는 에틸아세테이트(Ethyl acetate)를 사용하였다.

접착제액은 우레탄 2액형으로서 교반기를 이용하여 에틸아세테이트 용매에 포리올을 30분 정도 분산시킨 후에 아이소시아네이트 경화제를 첨가하여 20분 정도 교반한 후에 사용하였다.

위의 방법으로 라미네이션을 실시한 샘플을 2일간의 숙성을 거친 후에 T 박리 측정방법으로 라미한 필름의 15mm × 80mm의 길이로 자른 후에 인스트롱을 이용하여 Speed 150mm/min.으로 박리하여 박리강도를 표 2에 정리하였다.

또한 보일링 후의 박리강도를 조사하기 위하여 비등수에서 30분간 보일링 한 후의 박리강도도 측정하여 보았다.

[실시예 2]

아래의 조성을 실시예 1과 같은 방법으로 시험을 실시하였으며, 아이소프로필 알코올은 경화제와 함께 첨가하여 시험을 실시하여, 결과를 표 1, 2, 3에 정리하였다.

- 조성 -

우레탄 수지 : 15 중량부 (제네카 수지)

증류수 : 90 중량부

헥사메틸올 멜라민 경화제 : 3 중량부 (DIC 화학)

아이소프로필알코올 : 5 중량부 (덕산 화학)

에틸렌 디아민 첨가제 : 1 중량부 (준세이 화학)

SiO₂미립자 : 1 중량부

[실시예 3]

아래의 조성을 실시예 1과 같은 방법으로 시험을 실시하여 표 1, 2, 3에 정리하였다.

- 조성 -

우레탄 수지 : 9 중량부 (다이어찌 수지)

증류수 : 90 중량부

헥사메틸올 멜라민 경화제 : 1 중량부 (니뽄 카바이드)

에틸렌 디아민 : 0.5 중량부 (덕산 화학)

SiO₂미립자 : 0.8 중량부

[실시예 4]

아래의 조성을 실시예 1과 같은 방법으로 시험을 실시하여 표 1, 2, 3에 정리하였다.

- 조성 -

우레탄 수지 : 10 중량부 (다께다 수지)

증류수 : 100 중량부

트리메틸올 멜라민 경화제 : 4 중량부 (니뽄 카바이드)

트리에틸렌 테트라아민 첨가제 : 0.3 중량부 (준세이 화학)

SiO₂미립자 : 0.9 중량부

[비교예 1]

관형상 다이로 부터 나일론-6 레진을 용융 압출하여 급냉각 고화하여 얻어진 튜브형상의 미연신 원단을 가로 세로 동시에 3×3 배로 연산을 행하여, 열처리공정을 거친 후에 이 필름의 양끝 부분을 절단기로 절개하여 2개의 다른 코어에 감았다.

이를 정규 나일론 필름이라 칭하며 이의 물성표를 표 2 에 정리하였다.

이 정규 나일론 필름을 실시예 1의 방법으로 우레탄 결합제의 적색 잉크와 백색 잉크를 2μm로 인쇄를 행한 후 폴리에틸렌 필름과 드라이라미네이션을 실시하여 박리강도를 측정하여 표 2, 3에 정리하였다.

또한 무지 부분의 결합력을 실시예 1과 같은 방법으로 실시하여 표 2와 3에 정리하였다.

[비교예 2]

아래의 조성으로 실시예 1과 같은 방법으로 조액을 실시하여 다음과 같은 시험을 실시하였다.

- 조성 -

우레탄 수지 : 10 중량부 (DIC 수지)

25% NH₄OH : 5 중량부

증류수 : 140 중량부

트리올 멜라민경화제 : 5중량부 (DIC 수지)

에틸렌 디아민 첨가제 : 1중량부 (덕산 화학)

SiO₂미립자 : 1 중량부

관형상 다이(Die)로부터 나일론-6 레진(융점 270℃)을 용융 압출하여 급냉각 고화하여 얻어진 튜브상의 미연신 원단에 그라비아 코터를 이용하여 조제된 조액을 이용하여 1μm정도 코팅(Dry Pick-up 기준)한 후에 적외선 히터가 장착되지 않은 100℃의 건조부에서 건조한 후, 가로 세로 동시에 3×3배 2축 연신을 행한 후 열처리 과정을 거치게 한 후 양끝 부분을 절단기로 절개하여 2개의 다른 코어에 감았다. 이때 제조된 나일론 필름의 두께는 25μm였다. 이 공정도를 그림 3에 나타내었다.

또한 이때에 사용된 건조부의 길이는 8m였으며, 코팅된 원단의 속도는 30m/min.였다.

이 나일론 필름과 잉크와의 접착력을 조사하기 위하여 실시예 1과 같은 방법으로 우레탄 결합제의 적색 잉크와 백색 잉크를 2μm로 인쇄를 행한 후 폴리에틸렌 필름과 드라이라미네이션을 실시하여 박리강도를 측정하여 표 2, 3에 정리하였다.

또한 무지 부분의 결합력을 조사하기 위하여 실시예 1과 같은 방법으로 시험을 실시하여 표 2, 3에 정리하였다.

[비교예 3]

아래의 조성을 실시예 1과 같이 적외선 히터를 사용한 건조부로 시험을 실시하여 표 1, 2, 3에 정리하였다.

- 조성 -

우레탄 수지 : 15 중량부 (제네카 수지)

증류수 : 90 중량부

아이소프로필알코올 : 5 중량부 (덕산 화학)

에틸렌 디아민 첨가제 : 1 중량부 (덕산 화학)

SiO₂미립자 : 0.9 중량부

[비교예 4]

아래의 조성을 실시예 1과 같이 적외선 히터를 사용한 건조부로 시험을 실시하여 표 1, 2, 3에 정리하였다.

- 조성 -

우레탄 수지 : 15 중량부 (다이이찌 수지)

증류수 : 90 중량부

헥사메틸올 멜라민 경화제 : 1 중량부 (니뽄 카바이드)

SiO₂미립자 : 1 중량부

[표 1]

이접착성 나일론 필름의 접촉각

[표 2]

비등수의 처리 전후의 드라이라미네이션 샘플의 박리강도

(단위 : g.f/15mm)

* : 우레탄계 결합제를 사용한 잉크 도포 후에 드라이라미네이션 실시

** : 니트로 셀룰로오스계 결합제를 사용한 잉크 도포 후에 드라이라미네이션 실시

*** : 인쇄하지 않고 드라이라미네이션 실시

[표 3]

나일론 필름의 기타 물성

Claims (3)

1. 나일론의 미연신원단에 수성 우레탄 수지, 수성 멜라민 경화제, 디아민계 첨가제를 함유하는 코팅액을 프라이머리 코팅을 한 후, 적외선 히터를 사용하여 건조하고, 연신, 열처리를 하되 프라이머리 코팅 후에 적어도 한 방향 이상으로 연신을 행함을 특징으로 하는 이접착성 나일론 필름의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 코팅액이 SiO₂미립자를 0.01~2중량부 함유함을 특징으로 하는 이접착성 나일론 필름의 제조방법
3. 제 1 항에 있어서, 코팅액이 분자량 10,000~300,000인 수성 우레탄 수지를 함유함을 특징으로 하는 나일론 필름의 제조 방법.