KR19990000911A - 폴리아미드 매트 필름 - Google Patents

Abstract

내구성 및 필기성이 뛰어나고 인쇄, 접착제 도포 및 라미네이션 등의 후공정에 대한 표면특성이 우수한 폴리아미드 기재의 매트 필름을 제공하기 위한 것으로서, 본 발명에 따라서 이축연신 폴리아미드 필름의 한 면에 두께가 0.1 내지 3.0㎛인 도포층을 매트층으로서 가지며, 매트층은 실리카 및 고분자 수지를 함유함을 특징으로 하는 폴리아미드 매트 필름이 제공되며, 본 발명의 폴리아미드 매트 필름은 인쇄 및 포장 재료로서 사용될 때 우수한 품질을 나타낸다.

Description

[발명의 명칭]

폴리아미드 매트 필름

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 제도 및 인쇄 등에 사용되는 빛의 투과도가 매우 낮은 매트 필름으로서 특히 내구성, 필기성 및 표면 특성이 우수하여 고급 포장재로 사용될 수 있는 폴리아미드 매트 필름에 관한 것이다.

매트 필름은 연필이나 잉크를 이용하여 문자나 그림을 만들거나 지울 수 있는 필름으로 종이에 비해 탁월한 내구성 및 내후성을 가지고 있을 뿐 아니라 반영구적 보관성으로 주목받고 있는 재료이다. 이축 연신 폴리아미드 필름은 강인성, 유연성 및 뛰어난 잉크 친화성 등으로 식품 포장용이나 각종 내구성 포장 및 인쇄 매체로 널리 사용되는 재료이며, 따라서 매트 필름화하여 사용하기에 매우 적합한 것으로 인정받고 있다.

폴리아미드 필름의 매트화에 있어서 중요한 기술로는 폴리아미드 기재와 매트층 간의 강력한 부착성을 부여함과 동시에 H 이상의 경도 및 인쇄, 라미네이션 등의 후공정시 요구되는 내열, 내구성과 최종 포장재로 사용시의 내후성을 부여하는 것이며 이러한 여러 특성을 모두 만족하기 위해서는 결합제 수지의 선택이 가장 중요한 요소이다.

종래의 폴리아미드 매트 필름의 제조에는, 폴리아미드와의 친화력이 우수한 폴리우레탄계 결합제가 사용되었으나 경도 및 내열성이 부족하여 우수한 품질 구현이 어려웠다. 이를 개선하기 위해 폴리우레탄 수지의 경화를 증가시켜 물성 향상을 시도하였으나, 폴리우레탄 도포액의 포트라이프(pot life)단축 등의 생산성 저하 및 품질 불량 문제가 오히려 증가하여 개선의 의의를 찾기가 힘들게 되었다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명자는 이러한 문제들을 해결하고 보다 우수한 특성의 폴리아미드 매트 필름을 제조하고자 많은 연구를 수행한 결과 본 발명의 결과를 얻을 수 있었다.

본 발명은 뛰어난 내구성 및 필기성과 함께 인쇄, 접착제 도포 및 라미네이션 등의 후공정에 대한 우수한 표면 특성을 갖는 폴리아미드 기재의 매트 필름을 제공하는데 그 목적이 있다.

[발명의 구성 및 작용]

본 발명의 폴리아미드 매트 필름은 이축 연신 폴리아미드 필름의 한면에, 두께가 0.1 내지 3.0㎛인 도포층을 매트층으로서 구비하여 이루어진 필름으로, 매트층은 실리카 및 고분자 수지를 함유함을 특징으로 한다.

종래 기술들의 단점을 극복하는 고품위의 고부가가치 폴리아미드 매트 필름을 제공하기 위해서는, 상기 매트층의 고분자 수지가 아크릴산에스테르를 주성분으로 하는 아크릴계 공중합체와 이소시아네이트계 수지로 구성되거나 아크릴산 에스테르를 주성분으로 하는 아크릴계 공중합체와 아미노 수지로 구성되는 것이 필수적이다.

본 발명에서, 매트층의 두께는 0.1 내지 3.0㎛가 적합하며, 바람직하게는 0.3 내지 2.5㎛, 더욱 바람직하게는 0.6 내지 2.0㎛가 적합하다. 매트층의 두께가 0.1㎛보다 얇은 경우, 매트 효과가 미미하고, 매트 효과를 살리고자 실리카의 함량을 늘릴 경우 실리카 입자에 대한 수지의 결합력 부족으로 실리카가 탈락하여 내구성이 떨어지게 되어 좋지 않다. 반대로 매트층의 두께가 3.0㎛보다 두꺼운 경우, 기재인 폴리아미드와의 부착성이 극히 나빠지고 두께 상승에 따른 장점보다 비용 증가 등의 단점이 많아 좋지 않다.

본 발명에서, 실리카는 필름의 불투명 정도인 매트화도를 결정하고, 매트 필름의 주행특성, 필기특성 및 잉크 흡수 등의 특성을 부여하는 물질로 본 발명에서는 평균입경, 함량, 공극부피, 비표면적, 표면처리, 흡유량 등의 성질에 대한 어떠한 제한도 없으나 평균입경은 1.0 내지 10.0㎛의 범위가 바람직하고, 함량은 최종 매트층 100 중량부에 대해 20 내지 80부의 범위가, 공극부피는 0.3 내지 1.8ml/g범위, 비표면적은 200m²/g(BET)이상, 흡유량은 80ml/100g 이상, 평균 공극 직경은 20Å이상의 조건인 실리카를 사용할 때 최적의 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명에서, 매트 필름에 백색도(白色度)를 부여하기 위해 산화티타늄을 병용하는 것이 가능하며 10중량부 이상 첨가하여 백색 매트 필름을 제조할 수도 있다. 산화티타늄은 루타일형이 바람직하며 분산성 확보를 위해 도포액 첨가 이전에 밀링 또는 그라인딩 장치로 충분히 분산시키고 이 때 충진제 등으로 침전 방지를 도모하는 것이 더욱 바람직하며 형상이나 사용량 및 사용 방법에 대한 어떠한 제한도 없다.

본 발명에서, 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 실리카 외의 유기 또는 무기입자를 소량 혼용하여도 무방하며, 도포액의 점도 조절을 위해 AEROSIL과 같은 일차 입경이 매우 작은(0.1㎛미만) 실리카를 소량 병용해도 무방하며, 이들의 성분이나 구성에 대한 제한은 없다.

본 발명에서, 고분자 수지는 아크릴산에스테르를 주성분으로 하는 아크릴계 공중합체와 이소시아네이트계 수지의 혼합물 또는 아크릴산에스테르를 주성분으로 하는 아크릴계 공중합체와 아미노수지의 혼합물로서, 기재에 도포 후 건조 공정에서 가교 반응을 일으켜 높은 경도의 피막을 생성할 뿐 아니라, 기재와의 뛰어난 부착성, 우수한 내열, 내구성을 부여하는 본 발명의 폴리아미드 매트 필름의 핵심 성분이다.

본 발명의 아크릴 공중합체는 아크릴산 및/또는 메타아크릴산 및 그(들)의 알킬에스테르를 주성분으로 하는 공중합체이며 공중합 가능 성분을 예로 들면 다음과 같다. 알킬아크릴레이트로는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필 또는 이소프로필 아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸헥실아크릴레이트, 2-페녹시에틸아크릴레이트 등 및 히드록시에틸아크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트, 아크릴산메틸디아미노에틸에스테르, 아크릴산에틸디아미노에틸에스테르 및 이에 상응하는 메타아크릴레이트 및 아크릴아미드, 디아세토아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 비닐아세테이트, 스티렌, 비닐톨루엔, 비닐에테르, 비닐알콜, 무수말레인산등과 디카르복실산성분 및 비스페놀A성분이 결합된 비닐계 단량체도 가능하다.

아크릴 공중합체는 용액 중합법으로 제조하여 사용하였으며 중합법은 다음과 같다. 냉각기, 온도계, 투입구를 구비한 1000ml 중합 반응기를 온도조절용 수조에 설치하고 질소로 반응기 내부를 치환한 다음 120부의 크실렌을 투입하고 80℃로 올린 후 미리 준비한 단량체 혼합물 200중량부와 AIBN 1.0중량부를 투입한다. 동온도에서 200rpm으로 교반하여 3시간 동안 반응시킨 다음 AIBN 3.0중량부/메틸에틸케톤 50중량부 용액의 1/3을 투입, 1시간 숙성 후 1/3을 투입, 또 1시간 숙성 후 최종 1/3을 투입하고 3시간 동안 후반응을 진행한 다음 메틸에틸케톤 20중량부로 고형분을 50 중량%로 맞춘 다음 냉각, 토출하여 아크릴 공중합체를 수득한다.

아크릴계 공중합체는 구성 성분이나 유리 전이 온도, 분자량, 용해도 매개 변수, 점도 등의 물리적 특성에 대한 아무런 제한은 없으나 이소시아네이트 수지와 병용하는 아크릴 공중합체는 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합을 형성하는 수산기가 필요로 하며 이때 수산기는 10mgKOH/g미만 함유됨이 바람직하며 100mg/KOH/gr이상인 경우 도포액의 가교반응이 활발하여 포트라이프가 단축되는 문제도 있다. 또한 아미노 수지와 병용하는 아크릴 공중합체는 아미노 수지와의 반응을 위해 산기 및 수산기를 함유할 필요가 있고 그 함유량은 각각 10 내지 50mgKOH/g이 바람직하다.

아크릴 공중합체가 이소시아네이트 수지 또는 아미노수지 없이 단독으로 사용되면 기재인 폴리아미드와의 부착성이 불량하고 매트층의 경도, 내구성 등이 부족하여 후공정 및 최종 사용에서 품질 저하 문제가 발생하여 좋지 않다.

이소시아네이트 수지는 폴리이소시아네이트류라면 그 성분이나 구성에 대해 엄격한 제한이 없으나 경화 후 황변을 일으킬 수 있는 수지와 경화속도가 너무 빨라 도포액의 포트 라이프를 단축시키는 수지는 상품 가치면이나, 생산성 면에서 바람직하지 않다.

이소시아네이트 수지의 사용량은 아크릴 공중합체의 수산기가에 따라 좌우되며, 수산기가와 이소시아네이트기 함유량의 비(OH/NCO)가 0.5 내지 3.0까지가 바람직하다.

이소시아네이트 수지의 이소시아네이트기 함유량과 수산기가의 등당량 계산식은 하기식(I)로 나타낼 수 있다.

아미노수지로는 우레아 포름알데히드 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 멜라민 페놀포름알데히드 수지, 벤조구아나민 포름알데히드 수지, 티오우레아 포름알데히드 수지, 아닐린 포름알데히드 수지 등을 사용할 수 있으며, 필요하다면 파라톨루엔술폰산, 트리플루오로아세트산이나 인산계 화합물을 가교반응 촉매로 사용하는 것도 가능하다.

아미노 수지의 사용량은 아크릴 공중합체 100 중량부에 대하여 30 내지 100 중량부인 것이 본 발명의 효과를 얻기 위하여 바람직하다.

본 발명의 수지 결합제 내에 에폭시계 또는 아지리딘계 수지 등을 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 소량 병용하여도 무방하다. 또한, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 필요에 따라 정전기 발생을 억제하는 소량의 대전방지제나 염료, 형광 물질, UV안정제, 밀착성 부여제, 증점제 등을 배합, 혼용할 수 있으며 이에 대한 어떠한 제한도 없다.

본 발명에서, 고분자 수지는 매트층 도포액 100중량부를 기준으로 20부보다 적은 경우에는 실리카 입자를 결합하는 힘이 부족하고 표면 강도가 떨어지므로 좋지 않고, 80중량부 초과시는 반대로 입자 표면을 수지가 덮게 되어 매트 효과가 부족하고 제반 특성이 불량하므로 바람직하지 않다.

본 발명의 폴리아미드 매트 필름은 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다. 필요에 따라 아세톤과 같은 케톤, 알콜류, 아세테이트류, 테트라히드로푸란, 톨루엔, 알콜류의 모노메틸 에테르 등의 단독 또는 혼합 용제에 희석한 고분자 수지 용액과 케톤류에 분산시킨 실리카 슬러리를 충분히 교반 또는 균질혼합하여 도포액을 제조하고, 여기에 필요에 따라 산화티탄 밀링액이나 기타 첨가물질을 부가한 후 충분히 혼합하여 원하는 점도로 조정한 다음에 이축 연신 폴리아미드필름상에 도포, 건조하여 최종 폴리아미드 매트 필름을 얻는다.

상기 도포액의 분산 및 여과 등에 대한 제한은 없으나 균질혼합기(homo-mixer)를 이용하여 수시간 동안 분산시키는 방법이 바람직하고 도포 직전 도포액을 여과하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 도포 장치나 방식에 대한 제한은 없으며 통상의 메이어바를 이용한 방법과 그라비어 롤을 이용한 방법이 바람직하다. 건조 조건의 경우도 한정은 없으나 용제의 휘발과 경화 반응의 원활한 진행에 필요한 건조 온도 및 건조 시간을 사용하며 이는 건조 장치의 규모와 성능에 부수되는 사항으로 구체적 수치를 언급할 수 없다. 건조 후 보다 경화 정도를 높이는 것이 필요하다면, 50℃이상의 숙성실에서 별도의 숙성 공정을 거치는 것도 바람직하다.

이제 본 발명을 그 바람직한 실시예와 본 발명의 효과를 입증하기 위한 비교예로써 더욱 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

수산기가 25mgKOH/g인 아크릴 공중합체 및 이소시아네이트 수지를 (OH/NCO = 1/1)의 비율로 메틸에틸케톤 용매에 희석, 혼합하여 35중량% 용액을 제조한다. 이 용액 40부와 평균입경 3.5㎛인 실리카 25중량% 메틸에틸케톤 슬러리 40부를 메틸셀로솔브 20부와 함께 3시간 동안 호모믹서기에서 3000rpm으로 균질혼합하여 도포액을 제조한다. 얻어진 도포액을 메이어바 #3을 이용하여 두께 12㎛의 이축 연신 폴리아미드필름의 한면에, 건조 도포 두께가 0.5㎛가 되도록 도포하고 140℃에서 2분간 건조하여 매트 필름을 얻었다.

[실시예 2]

수산기가 25mgKOH/g이고 산가가 40mgKOH/g인 아크릴 공중합체 및 멜라민 포름알데히드 수지를 2 : 1의 비율로 메틸에틸케톤 용매에 희석, 혼합하여 35중량% 용액을 제조한다. 이 용액 50부와 평균입경 3.5㎛인 실리카 25중량% 메틸에틸케톤 슬러리 40부를 메틸셀로솔브 10부와 함께 3시간 동안 호모믹서기에서 3000rpm으로 균질혼합하여 도포액을 제조한다. 얻어진 도포액을, 메이어바 #3을 이용하여 두께 12㎛의 이축 연신 폴리아미드필름의 한면에, 건조 도포 두께가 1.4㎛가 되도록 도포하고 140℃에서 2분간 건조하여 매트 필름을 얻었다.

[실시예 3]

수산기가 40mgKOH/g인 아크릴 공중합체 및 이소시아네이트 수지를 (OH/NCO = 1/1)의 비율로 톨루엔 용매에 희석, 혼합하여 35중량%용액을 제조한다. 이 용액 40부와 평균입경 5.5㎛인 실리카 25중량% 메틸에틸케톤 슬러리 40부를 에틸아세테이트 2중량%로 밀링된 산화티타늄 슬러리 20부와 함께 3시간 동안 호모믹서기에서 3000rpm으로 균질혼합하여 도포액을 제조한다. 얻어진 도포액을 메이어바 #3을 이용하여 두께 25㎛의 이축 연신 폴리아미드 필름의 한 면에, 건조 도포 두께가 1.5㎛가 되도록 도포하고 140℃에서 2분간 건조하여 매트 필름을 얻었다.

[실시예 4]

수산기가 50mg/KOH/g이고 산가가 30mgKOH/g인 아크릴 공중합체 및 멜라민 포름알데히드 수지를 1:1의 비율로 메틸에틸케톤 용매에 희석, 혼합하여 35중량% 용액을 제조한다. 이 용액 45부와 평균입경 6.0㎛인 실리카 25중량% 메틸에틸케톤 슬러리 30부를 에틸아세테이트 2중량%로 밀링된 산화티타늄 슬러리 25부와 이축 연신 폴리아미드필름의 한 면에 건조 도포 두께가 2.5㎛가 되도록 도포하고 140℃에서 2분간 건조하여 매트 필름을 얻었다.

[비교예 1]

건조 도포 두께가 4.0㎛로 되도록 도포한 것 외에는, 실시예 1과 실질적으로 동일하게 실시하였다.

[비교예 2]

이소시아네이트 수지를 사용하지 않는 것을 제외하고, 실시예 1과 실질적으로 동일하게 실시하였다.

[비교예 3]

아미노 수지를 사용하지 않는 것을 제외하고, 실시예 2와 실질적으로 동일하게 실시하였다.

[비교예 4]

실시예 4에서 사용된 아크릴 공중합체 대신에 실시예 3의 아크릴 공중합체를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 4와 실질적으로 동일하게 실시하였다.

[비교예 5]

동성화학공업(주)의 폴리우레탄 수지 F-70 및 경화제 ARF(폴리우레탄량의 10중량%)를 배합한 35중량%용액(용매: 시클로헥사논) 40부와 평균입경 3.5㎛인 실리카 25중량% 메틸에틸케톤 슬러리 40부를 메틸셀로솔브 20부와 함께 3시간동안 호모믹서기에서 3000rpm으로 균질혼합하여 도포액을 제조한다. 얻어진 도포액을 메이어바 #3을 이용하여 두께 12㎛의 이축연신 폴리아미드필름의 한면에 건조 도포 두께가 0.5㎛가 되도록 도포하고 140℃에서 2분간 건조하여 매트 필름을 얻었다.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 폴리아미드 매트 필름의 특성 및 물성에 대한 평가는 다음과 같이 수행하였다.

평가 방법 및 필름의 물성

1. 기재 부착성

가로, 세로 각 2cm 크기의 시료 부위에 100개의 정사각 해치(hatch)를 만든 후 스카치 테이프로 180℃ 박리시킨 후 박리된 해치의 수로 부착성을 평가하였다.

2. 표면 경도

독일국 Staedtler사 Lumograph 100 연필을 사용하여 경도별로(HB부터 7H까지)스크래치를 만들어 스크래치 없이 사용 가능한 연필의 경도로 평가하였다.

3. 필기성

독일국 Staedtler사 Lumograph 100 연필 및 Rotring Rapid-eraser B20 지우개를 사용하여 경도 HB부터 7H까지 쓰기 및 지우기를 실시하여 육안 관찰시 표면에 스크래치나 연필 자국이 남지 않고 깨끗이 지워지는 연필의 경도로 평가하였다.

4. 수산기가

무수초산/피리딘(1:3) 혼합액 5ml에 아크릴 공중합체 0.5g을 100℃, 60분간 용해시킨 후 순수 5ml와 50ml의 피리딘을 가하여 아세틸화를 진행한 후 N/2 KOH로 적정하여 하기식(2)로 산출한다.

(f: 보정인자)

5. 산가

아크릴 공중합체 0.5g을 아세톤 100ml에 완전 용해시킨 후, N/10 KOH로 적정하여 하기식(3)으로 산출한다.

(f : 보정 인자)

6. 도포액의 안정성

실리카와 수지를 모두 혼합하여 점도 조정을 완료한 도포액을, 브룩필드점 도계모델 DV-II로 실온 20℃, 스핀들 2번으로 30rpm에서의 점도를 측정하여 초기 점도치의 2배에 도달하는데 걸리는 시간으로 평가하였다.

하기 표에 실시예 1~4 및 비교예 1~5의 조건과 물성평가 결과를 정리하였다.

[표]

-표에서 함유량(%)은 건조 매트층 중량에 대한 각 성분의 백분율이다.

[발명의 효과]

상기 표의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 폴리아미드 매트 필름은 폴리아미드 필름의 장점을 최대한 살리면서 고품위의 매트효과를 부여하여 보다 우수한 품질의 포장재료를 제공함으로 다양한 용도 전개 및 고 부가가치의 창출에 기여한다.

Claims (4)

1. 이축연신 폴리아미드 필름의 한 면에 두께가 0.1 내지 3.0㎛인 도포층을 매트층으로서 가지며, 매트층은 실리카 및 고분자 수지를 함유함을 특징으로 하는 폴리아미드 매트 필름.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 아크릴산에스테르를 주성분으로 하는 수산기 함유 아크릴계 공중합체와 이소시아네이트계 수지이거나, 아크릴산에스테르를 주성분으로 하는 수산기 및 산기 함유 아크릴계 공중합체와 아미노수지인 것을 특징으로 하는 필름.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지의 함량은 건조 매트층 100중량부를 기준으로 20 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는 필름.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 실리카의 함유량은 건조 매트층 100 중량부를 기준으로 20 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는 필름.