KR19980065563A - 이접착성 나일론 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나일론의 미연신 원단에 수성 수지, 수성 경화제를 함유하는 코팅액을 도포한 후, 건조, 연신, 열처리를 하는 이접착성 나일론 필름의 제조방법에 관한 것이다.

한편 미연신 원단에 코팅을 한 후 건조할 때 적외선 히터를 사용하여 건조의 효율과 수지들 사이의 결합을 극대화시킬 수 있다.

Description

이접착성 나일론 필름의 제조방법

제 1 도는 적외선 히터가 설치되지 않은 나일론 필름의 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 칩호퍼2 : 압출기

3 : 환형다이4 : 냉각조

5 : 미연신 튜브6 : 그라비아 코터

7 : 적외선히터가 설치되지 않는 건조부

8 : 링 가열기9 : 연신 필름

10 : 척이 설치된 열처리부

본 발명은 이접착성(易接着性) 나일론 필림의 제조방법, 더 자세하게는 접착제 또는 인쇄잉크와 나일론 필름과의 접착력을 강화시켜 내수성, 내열성이 우수한 이접착성 나일론 필름의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 나일론 필름은 뛰어난 기계적 성질과 열적 성질 및 가스 차단성이 우수해서 식품 포장용 재료로서 널리 사용되고 있는데, 특히 뛰어난 내마모성, 내충격성, 내굴곡피로성 및 내한성 등과 같이 포장재에 요구되는 실용 강도가 우수하여 파대 및 핀홀에 저항성이 크게 요구되는 액상 식품 포장 분야를 비롯해서 세제류 및 액상 비누의 리필(Refill)용으로서 신뢰성이 매우 높으며 레토르트용으로서 널리 사용되고 있다.

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

그런데 실제적으로 나일론 필름은 식품 포장재의 표면 재료로서 이면에 인쇄를 하고 열봉함을 위한 라미네이트제를 합지하여 사용하는 경우가 대부분이다. 이때는 필름의 품질로서 기본적인 포장재의 실용 강도 이외에 인쇄 및 라미네이트 가공 적성이 요구된다. 특히 레토르트 제품에서는 라미네이트제와 기질의 필름을 합지, 제대한 후 내용물을 충진하여 진공 살균 포장하게 되고, 게다가 소비자들이 비등수로 레토르트 제품을 처리하므로 인쇄 및 라미네이트제와의 가공 적성이 우수해야 할 뿐만 아니라 강력한 내수성과 내열성이 필요하다. 만일 내수성과 내열성이 약할 경우 보일링, 가공, 또는 시판 도중에 라미네이트제와 기질의 필름 사이에 박리가 쉽게 일어난다.

인쇄 및 라미네이트제와 가공적성 및 접착력을 향상시키기 위해서는 나일론 필름 제조 공정 후에 내수성과 내열성을 보유하고 있는 수지를 도포하여 피막을 형성시켜 주는 공간을 행하는데, 우레탄 수지나 아크릴 수지를 주로 사용하여 앙카코팅(Anchor Coating) 또는 프라이머리코팅(Primary Coating)과 같은 오프라인코팅(Off-Lind Coating)을 많이 행하고 있다.

그러나 위와 같은 오프라인 코팅 방법으로 코팅을 실시할 경우에는 나일론 필름 제조 공정 이외에 코팅공정을 한 단계 더 거쳐야 하기 때문에 원가의 부담 외에도 에너지의 낭비를 초래할 뿐만 아니라 1㎛의 이하의 박막을 균일하게 도포하기는 어렵다.

또한 나일론 필름의 경우에는 130℃ 이상의 고온을 가할 경우에는 필름 폭 수축현상이 발생하기 때문에 오프라인 코팅에서 고온의 열을 가하기는 어렵다. 실제적으로 나일론 필름의 경우 130℃ 이상의 온도에서 오프라인 코팅을 실시하여 건조를 할 때 12㎛의 두께인 경우에는 2% 정도까지 폭 수축현상이 발생한다.

그런데 코팅수지에 사용하는 멜라민과 같은 경화제는 130℃ 이상의 고온을 가해야만 이 경화반응이 일어나며, 또한 내수성과 내열성을 필름에 부여하기 위해서는 가교밀도를 높이고 나일론 필름과 코팅조성물과의 화학적 결합을 유도하여 인쇄적성 및 결합력을 증진시킬 수 있는 경화반응이 필수 요건이다.

본 발명자들은 꾸준한 연구와 실험을 한 결과 나일론 필름 제조공정 중에 복합코팅액을 도포하고 새로운 건조과정을 도입함으로써 상기의 문제점을 개선할 수 있음을 알게 되었다.

본 발명의 목적은 접착제 또는 인쇄잉크와 나일론 필름과의 접착력을 강화시켜 내열성과 내수성이 우수한 이접착성 나일론 필름의 제조방법을 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 나일론의 미연신 원단에 수성 수지, 수성 경화제를 함유하는 코팅액을 도포한 후, 건조, 연신, 열처리를 하는 이접착성 나일론 필름의 제조방법에 관한 것이다.

한편 미연신 원단에 코팅을 한 후 건조할 때 적외선 히터를 사용하여 건조의 효율과 수지들 사이의 결합을 극대화시킬 수 있다.

상기 제조방법을 이용하여 필름을 제조할 경우에는 나일론 필름 제조 후에 별도의 코팅(Off-line Coating)을 행할 필요가 없으며, 150~220℃ 정도의 열처리 공정에서 높은 온도로 인하여 피막에 높은 가교 밀도를 부여해줄 수 있다.

이와 같은 인라인 코팅공정에서는 고온에도 불구하고 필름 폭 수축현상이 발생하지 않는데, 이는 필름에 열처리를 실시할 때 척(Chuck)을 사용하여 필름 변부를 잡아 필름 수축현상을 막기 때문이다.

따라서 인라인 코팅은 오프라인 코팅의 단점인 1㎛ 이하의 균일한 피막을 형성시켜 줄 뿐 아니라, 나일론 필름 제조 공정중에 피막을 형성시켜 주기 때문에 비용의 절감 등의 효과를 극대화시킬 수 있다.

그러나 필름의 제조 공정시 필름이 제조속도를 빠르게 할 경우는(즉 시간당 생산되는 필름의 양이 많을 경우) 상대적으로 열처리 시간이 짧으므로 경화반응이 완전히 이루어지지 않을 수 있으며, 또한 필름의 속도가 빠르지 않더라도 더욱 강한 피막을 형성하기 위해서 건조부에 적외선 히터를 설치하였다.

한편, 인라인 코팅에 사용하는 수지는 수성수지로 사용하는 것이 좋은데, 이는 유기용제를 사용하였을 경우 유기 용제를 회수해야 하는 어려움과 높은 비용, 나일론 필름 생산 라인을 유기용제가 부식시키는 등의 문제점이 많으므로 수성수지를 사용하여 인라인 코팅을 하는 것이 바람직하기 때문이다.

수성 수지를 사용할 경우에는 위와 같은 장점이 있는 반면에, 유기용제를 사용한 수지에 비하여 건조가 활발히 이루어지지 않을 뿐만 아니라 수성화되어 있는 입자들이견고한 피막을 형성시키지 않을 경우에는 부위별로 접착력이 다른 문제를 야기시킨다.

나일론 필름에 코팅되는 피막은 단순히 피막만을 형성하면 내수성과 내열성은 나타나지 않을 뿐만 아니라 오히려 내열성과 내수성을 방해할 경우도 있으므로 나일론 필름과 코팅되는 피막 자체는 물리적 흡착과 화학적 결합이 형성되어야 할 뿐만 아니라, 수지 자체내에서도 강한 가교 밀도를 형성시켜야만 레토르트 제품에서 내열성 및 내수성을 나타내 줄 수 있다.

따라서 수성수지를 사용하면서 균일한 피막과 열처리 공정에서 쉽게 경화를 이루기 위하여 코팅 후 피막을 형성시키는 건조부에서 적외선 히터를 설치하여 견고한 피막이 형성된 복합 나일론 필름을 제조할 수 있다.

즉 적외선 히터를 사용하면 그림 1처럼 수지 사이에 활발한 결합이 이루어져 견고한 피막이 형성될 뿐만 아니라 건조가 잘 이루어지지 않는 수성 수지의 단점을 극복할 수 있다.

[그림 1]. 수성 수지의 피막 형성 과정

그림 1에서 보는 바와 같이 물에 분산된 수지의 입자들이 건조를 거치는 동안에 밀집된 상태를 형성한 후에 입자들의 변형을 거쳐서 피막을 형성하게 된다.

적외선은 입자들이 밀집된 형태를 가질 때 수지들 사이에 끼어 있는 물을 수지에 있는 입자들의 진동에 의하여 쉽게 제거하며, 수지들이 변형을 이루어 피막을 형성할 때 쉽게 변형을 이룰 수 있도록 해준다.

또한 나일론 필름을 표면위에 코팅되는 수지가 나일론 필름과 결합을 할 수 있는 관능기를 포함하고 있는 물질의 경우에는 적외선이 나일론 필름의 고분자를 유연하게 하고 반응을 촉진시켜 화학적 결합을 유도하므로 적외선 히터는 더욱 유용하다.

이렇게 나일론 필름표면에 코팅된 수지는 적외선 히터의 사용을 통해 경화가 이루어져 피막이 형성되며 연신과 열처리를 거침으로 단단하게 경화를 이루어 더욱 강한 피막이 형성된다.

이렇게 형성된 나일론 필름에 형성된 수지의 피막은 후의 인쇄 공정이나 라미네이트제와의 합지 공정시 온도가 50℃ 이상이 되면 나일론 필름에 코팅된 수지의 접착성이 회복되어 강한 접착력을 부여해 주므로 가공 후 제품에서의 내수성과 내열성이 우수하다.

이접착성 나일론 필름의 제조방법을 다시 한번 설명하면 도면 1에 나타낸 바와 같이, 다이(Die)에서 용융압출, 급냉각 고화하여 얻어진 미연신 원단에 그라비아 코터를 이용하여 수지를 코팅, 적외선 히터를 사용하여 건조하고 연신함으로써 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 오프라인 코팅을 하는 정규 나일론 필름에 비교하여, 수성 수지에 수성 경화제를 혼합하여 도포하고, 적외선 히터를 사용하여 건조함으로써, 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]

우선 미연신 원단에 코팅할 코팅액을 조액하기 위하여 아래의 조성으로 다음과 같은 방법에 의하여 조액을 실시하였다.

-조성-

증류수 : 90 중량부

SiO₂: 1 중량부

수성 우레탄 주제 : 10 중량부 (DIC 화학)

수성 멜라민 경화제 : 3 중량부 (DIC 화학)

우선 호모믹서를 이용하여 SiO₂를 1 중량부 정도 증류수에 첨가한 후에 2,000 rpm 정도에서 1시간 정도 교반을 시킨 후에 1시간 정도 방치하여, 이 액을 1액이라 칭한다.

이 1액에 수성 우레탄 주제를 거품이 나지 않도록 주의하면서 교반기를 이용하여 500rpm 정도에 10분간 교반을 실시한 후에 수성 멜라민 경화제를 넣어 10분간 교반한 후에 이 액을 2액이라 칭한다.

한편 관형상 다이(Die)로부터 나일론-6 레진(융점 270℃)을 용융 압출하여 급냉 고화하여 얻어진 튜브상의 미연신 원단에 그라비아 코터를 이용하여 2액을 1㎛ 코팅(Wet Pick-up 기준)한 후에 적외선 히터가 설치된 100℃의 건조부에서 건조를 실시한 후에 가로 세로 동시에 3×3 배 동시 이축 연신을 행하여 도포층이 0.1㎛ 정도되는 균일한 피막을 얻을 수가 있으며, 이 복합 필름을 150~220℃ 정도의 열처리 과정을 거치게 한 후 양끝 부분을 절단기로 절개하여 2개의 다른 코어에 감았다.

위와 같은 공정을 거쳐 제조된 이접착 나일론 필름 표면의 균일성을 조사하기 위하여 부위별 접촉각을 측정하여 표 1에 정리하여 보았으며, 그 밖의 물성을 표 2에 정리하여 보았다.

또한 이접착 나일론 필름의 잉크 및 라미네이트지와의 접착성을 조사하기 위하여 다음과 같은 시험을 실시하였다.

이접착 나일론 필름에 2㎛ 두께로 백색과 적색의 잉크를 사용하여 인쇄를 행한 후에 적색은 50℃에서 백색은 80℃의 열풍 오븐에서 건조를 실시한 후 1일간 상온에서 숙성(aging)을 실시하여 접착강도를 조사하여 표 3에 정리하여 보았다.

드라이라미네이션의 접착제는 2액형 우레탄(도요모토사 adcote)을 사용하였으며 그라비아 코터를 이용하여 도포량을 3g/m²로 조정하였으며 80℃에서 30초간 건조한 후에 폴리에틸렌 필름과 70℃에서 드라이라미제이션을 실시하였다.

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

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

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

위의 방법으로 라미네이션을 실시한 샘플을 2일간의 숙성을 거친 후에 T박리 측정 방법으로 라미한 필름을 15mm×80mm의 길이로 채취한 후 인스트롱을 이용하여 Speed 150mm/min으로 박리하여 박리강도를 표 3에 정리하여 보았다.

또한 보일링 후의 박리강도를 조사하기 위하여 비등수에서 30분간 보일링한 후의 박리강도로 측정하여 표 3에 정리하여 보았다.

[실시예 2]

아래와 같은 조성을 실시예 1과 같은 방법으로 시험을 실시하여 표 1, 2, 3에 정리하여 보았다.

-조성-

증류수 : 100 증량부

SiO₂: 0.8 중량부

수성 아크릴 주제 : 10 중량부 (일본 카바이드 공업)

수성 멜라민 경화제 : 5 중량부 (일본 카바이드 공업)

[비교예 1]

관형상 다이로부터 나일론-6 레진을 용융 압출하여 급냉 고화하여 얻어진 튜브 형상의 미연신 원단을 가로 세로 동시에 3×3 배로 연신을 행하고 150~220℃의 열처리 공정을 거친 후에 이 필름의 양끝 부분을 절단기로 절개하여 2개의 다른 코어에 감았다. 이를 정규 나일론 필름이라 칭히며 이의 물성표를 표 2에 정리하여 보았다.

이 정규 나일론 필름을 실시예 1과 같은 방법으로 시험을 실시하여 표 3에 정리하여 보았다.

[비교예 2]

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

-조성-

증류수 : 90 증량부

SiO₂: 1 중량부

수성 우레탄 주제 : 10 중량부 (DIC 화학)

수성 멜라민 경화제 : 3 중량부 (DIC 화학)

관형상 다이(Die)로부터 나일론-6 레진(융점 270℃)을 용융 압출하여 급냉 고화하여 얻어진 튜브 형상의 미연신 원단에 그라비아 코터를 이용하여 조제된 조액을 이용하여 1㎛정도 코팅(Dry Pick-up 기준)한 후에 적외선 히터가 장착되지 않은 100℃의 건조부에서 건조한 후, 가로 세로 동시에 3×3 배 2축 연신을 행한 후 150~220℃ 의 열처리 과정을 거치게 한 후 양끝 부분을 절단기로 절개하여 2개의 다른 코어에 감았다.

위와 같은 공정을 거쳐 제조된 이접착 나일론 필름 표면의 균일성을 조사하기 위하여 부위별 접촉각을 측정하여 표 1에 정리하여 보았으며, 그 밖의 물성을 표 2에 정리하여 보았다.

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

또한 무지 부분의 결합력을 조사하기 위하여 실시예 1과 같은 방법으로 시험을 실시하여 표 3에 정리하여 보았다.

[비교예 3]

아래의 조성을 비교예 2와 같은 방법으로 시험을 실시하여 표 1, 2, 3에 정리하여 보았다.

-조성-

증류수 : 100 증량부

SiO₂: 0.8 중량부

수성 아크릴 주제 : 10 중량부 (일본 카바이드 공업)

수성 멜라민 경화제 : 5 중량부 (일본 카바이드 공업)

[표 1]. 이접착성 나일론 필름의 접촉각

[표 2]. 나일론 필름의 기타 물성

[표 3]. 비등수 처리 전후의 드라이라미네이션 샘플 박리강도 (단위 : g·f/15mm)

* : 우레탄 결합제를 사용한 잉크도포 후에 드라이라미네이션 실시

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

*** : 인쇄하지 않고 드라이라미네이션 실시

# : 비등수 보일링시 부분 박리 현상 발생

Claims (2)

1. 나일론의 미연신 원단에 수성 수지, 수성 경화제를 함유하는 코팅액을 도포한 후, 건조, 연신, 열처리를 하되 프라이머리 코팅 후에 적어도 한 방향 이상으로 연신을 행함을 특징으로 하는 이접착성 나일론 필름의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 코팅액을 도포한 후 건조할 때, 적외선 히터를 사용하여 건조하는 것을 특징으로 하는 이접착성 나일론 필름의 제조방법.