KR19990077681A - 표면 품질이 향상된 압연 폴리머 필름의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
압연 폴리머 필름 제조시 표면의 자국 발생수와 그 정도를 줄이는 방법이 개시되었다. 이러한 공정에는 일반 대기 압력하에서 코로나 방전 처리 형식의 약한 레벨의 전기 방전을 공기에 적용시켜 롤을 이용하여 세로로 드로잉하기 전에 상기 롤을 사용함으로써 발생하게 되는 표면 손상을 줄인다. 본 발명을 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 생산 공정으로 이용한 결과, 본 발명을 사용하지 않고 필름을 생산한 것과 비교할 때 클리닝 필요 회수가 현저히 줄어들며 이로 인해 제품의 생산 가동 시간이 많이 길어진다.
Description
본 발명은 압연 폴리머 필름의 생산성 향상에 관한 것이다. 구체적으로 말하자면, 본 발명은 최소한 일축 방향으로 압연되는 폴리머 필름의 제조공정에서 필름 표면에 남게 되는 자국의 발생수와 그 정도를 줄이는 개선된 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 강도가 약한 코로나 방전 표면 처리 방법을 이용하여 필름 표면에 생기는 자국의 발생수와 그 정도를 줄인다.
본 발명의 실시예에서 압연 폴리머 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (이하 PET로 표시) 레진으로 제조된다. 뛰어난 온도 특성, 기계적 특성, 광학적 특성, 및/또는 전기적 특성을 지녔으며 경제적인 비활성 접착 기면이 필요한 용도에는 PET 필름이 특히 적합하다. PET 필름의 물리적 특성은 필름 제조시 폴리머 레진을 늘리거나 넓힘으로써 향상된다.
PET 필름은 광학적 특성이 중요한 용도에 매우 적합하다. 하지만 필름을 압연하기 위해 자주 사용되는 방법은 롤을 이용하여 레진을 늘리는 것이지만 이러한 방법은 필름의 표면에 흔적 또는 자국을 남기게 된다. 필름 표면에 과다한 자국이 생기는 것은 곧 품질이 떨어지는 제품을 생산하는 결과를 낳게 된다. 광학적 특성이 중요한 용도에 사용될 필름 표면에 자국이 있으면 이는 필름 품질이 아주 떨어지는 것으로 간주된다.
필름 표면의 자국을 남기지 않도록 하기 위해 현재 사용되는 방법에는 필름 제조시 압연 롤을 클리닝하는 것이 포함된다. 압연 롤을 클리닝하는 방법을 사용하면 제품의 생산성을 떨어뜨리게 되는 데 여기에는 두 가지 원인이 있다. 첫째는 롤을 클리닝할 때 필름 파편이 생기기 때문이며, 둘째는 롤을 클리닝하는 절차로 인해 중단된 필름 제조 공정이 회복되는 데는 시간이 필요하며 이로 인해 필름의 생산량에 손실이 오기 때문이다. 그러므로 필름 압연공정에서 표면 자국의 발생 빈도와 자국의 정도를 줄일 수 있는 제조공정이 절실히 필요하다.
폴리머 필름 생산에 있어 표면 처리 방법을 사용하는 것은 잘 알려진 필름 제조 기술이다. 이러한 표면 처리 방법은 나중에 필름에 도포되는 재료에 대한 접착력을 향상시키기 위해 주로 사용된다. 필름 표면에 적용될 수 있는 각종 표면 처리 방법에는 (산에 의한) 화학적 에칭, 화염처리, 코로나 방전처리, 플라스마 처리 등이 포함된다.
폴리머 필름의 코로나 방전처리는 잉크에 비활성적인 접착 기면인 폴리머 필름의 접착력을 향상시키는 데 특히 효과적인 것으로 잘 알려져 있다. 필름의 코로나 방전처리는 필름 표면에 극성을 지닌 부분을 생성하여 필름의 접착력을 향상시킴으로써 필름의 표면장력을 늘린다. 콜베(Kolbe)가 취득한 미국 특허번호 4,239,972와 4,615,906, 그리고 데구치(Deguchi)가 취득한 미국 특허번호 4,297,187은 모두 폴리머 필름 위에 차후에 도포되는 재료와의 접착력을 향상시키기 위해 폴리머 필름에 코로나 방전처리 방법의 사용에 관한 것이다. 코로나 방전처리는 더 나아가서 금속화 공정 이전에 필름 표면의 윤기를 제거하는 마이크로 에칭제로 사용된다. 마이크로 에칭은 참고 자료로 사용된 1980년 2월에 출판, Jean-Paul Ehrbar, et.al., Using Corona Discharge to Deglaze Plastic Films Before Metallizing in Plating and Surface Finishing의 64쪽에 설명된 것처럼 필름을 비교적 격렬한, 장시간의 전기방전에 처하게 한다.
켄지(Kenji)는 일본 특허번호 02570304('304로 표시)에서 자기 테이프용 PET 필름의 표면을 향상시키기 위한 코로나 방전처리의 사용법을 설명하였다. 켄지는 '304에서 폴리알킬렌글리콜(PAG)이 함유된 PET 필름의 표면 특성을 향상시키는 데는 산소가 적은 환경에서 코로나 방전처리를 하는 것이 효과적이라고 설명한다. PAG는 PET 필름의 마찰계수를 낮추기 위해 PET에 혼합되는 물질이다. PAG와 PET가 혼합된 필름은 공기 중 산소 농도가 1% 이하이며 (산소 부피가 0.1% 이하인 경우가 이상적임) 전기 밀도가 10 내지 60 (W) (min)/m2인 전기장에 노출되는 경우에 표면의 자국이 줄어든다.
켄지는 또한 일본 특허번호 02615671('671로 표시)에서 PET 필름에 플라스마 처리를 사용하는 방법을 설명하였다. 플라스마 처리 역시 필름 표면의 특성에 영향을 주기 위해 전기장을 사용한다. 하지만 코로나 방전처리와는 달리 플라스마 처리는 진공 상태에서 진행된다. 켄지는 0.005 내지 0.5 Torr의 압력이 있는 상황에서 플라스마 처리를 진행하면 필름 압연시 발생되는 표면 손상을 완화할 수 있다고 설명한다. 켄지의 이러한 플라스마 처리 방법은 연속적인 필름 제조 공정에서 값이 비싸고 복잡한 저압 장치를 요한다.
따라서, 압연 폴리머 필름의 제조 기술에는 아직도 개선의 여지가 있다.
발명목적
본 발명의 목적은 폴리머 필름 압연시 필름 특성에 나쁜 영향을 미치지 않으면서 표면 자국의 발생수와 그 정도를 줄일 수 있는 경제적인 필름 생산공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은 폴리머 필름을 압연하기 전에 표면을 우선 처리함으로써 압연 과정에서 생기는 표면 자국의 수와 그 정도를 줄일 수 있는 압연 폴리머 필름의 향상된 제조공정과 이러한 공정으로부터 생산된 제품을 제공하는 것이다.
또 한가지 구체적인 목적은 PET 필름의 표면을 세로 방향으로 압연하기 전에 우선 코로나 방전을 사용하여 필름 제조시 발생하는 표면 자국의 수와 그 정도를 줄일 수 있는 향상된 PET 필름 제조공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 제일 주요한 목적은 PET 필름의 표면을 세로 방향으로 압연하기 전에 일반 대기 환경(즉, 실내 온도, 대기 압력, 공기 환경)에서 강도가 약한 코로나 방전을 사용하여 필름 제조시 발생하는 표면 자국의 수와 그 정도를 줄일 수 있는 향상된 PET 필름 제조공정을 제공하는 것이다.
본 발명에 관하여 위에 언급된 목적과 기타 목적, 그리고 본 발명의 적용 범위, 성질 및 이용 방법은 다음에 나열된 상세한 설명과 청구범위의 내용으로부터 당업자에게 아주 명확할 것이다.
발명의 요약
최소한 일축 방향으로 압연되는 폴리머 필름의 제조공정에서 발생하는 필름 표면의 자국 발생수와 그 정도를 현저히 줄일 수 있는 필름 제조공정이 개발되었다. 본 발명의 실시예의 공정에서는, 압연하기 전에 무정형의 PET 판을 약한 강도로 코로나 방전처리를 하여 표면 자국의 발생 빈도와 그 정도를 줄인다. 여기서 언급된 '약한 강도의 코로나 방전처리'는 6.0 W/ft2/min 이하, 0.40 W/ft2/min이 더욱 이상적인 와트(watt) 밀도를 뜻한다. 이러한 제조공정의 또 다른 이점으로는 장비의 정지 시간이 줄어들기 때문에 롤을 클리닝한 후에 장비를 다시 작동시키는 것과 관련된 제품의 생산 손실을 줄일 수 있는 것이다.
표면 자국이 적고 심하지 않은 폴리머 필름을 생산하기 위한 현 발명에는 향상된 제조공정이 제공된다. 여기에 언급된 제조공정은 다음 절차로 구성되었다:
(a) 폴리머 레진을 용융 압출한다.
(b) 상기 레진을 급속 냉각시켜 실질적인 무정형의 주조판을 형성한다.
(c) 최초의 압연을 시작하기 전에 우선 일반 대기 환경에서 최소한 상기 주조판의 한쪽 표면에 약한 강도의 에너지를 적용한다.
(d) 상기 약한 강도의 에너지를 적용할 때 공기 층 사이에 낀 대기를 배출한다.
(e) 상기 주조판을 압연하여 폴리머 필름을 생산한다.
위 공정을 거치지 않고 생산된 압연 폴리머 필름과 비교할 때 최종 생산된 필름의 기계 진행 방향(Machine Direction, MD)의 자국 선의 수와 강도는 현저히 감소된다.
바람직한 실시예의 설명
본 발명의 향상된 필름 제조 방법은 필름을 압연하기 전에 PET 판을 약한 강도의 에너지로 처리하는 것이다. 본 발명의 실시예에서 약한 강도의 에너지는 코로나 방전처리로 제공된다.
본 발명의 향상된 제조공정은 폴리머 체인을 압연하기 위해 롤을 사용하는 모든 폴리머 필름 제조에 적용될 수 있다. 상기 롤은 폴리머 필름을 세로 방향 또는 기계 진행 방향으로 압연하는 데 전형적으로 사용된다. 본 공정은 특히 PET 필름과 같은 연속적으로 압연되는 폴리머 필름 생산에 적합하다.
PET 필름 제조에 사용되는 연속 2중 축 공정에는 네 단계가 포함되며 각 단계는 필름의 최종 특성에 영향을 미치게 된다. 이 네 단계는 용융 압출 및 냉각, 세로 또는 기계 진행 방향(MD) 압연, 가로 방향 (Transverse Direction, TD) 압연, 그리고 열경화이다. 이 네 단계를 거친 후, 압연된 필름은 감김 롤에 감겨 고객에게 납품된다. PET 필름의 제조, 성질, 용도는 참고 자료로 사용된 Michael J. Hopper and Eberhard Werner, Polyesters, Films in Volume 12 Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 193 (2d ed. 1988)에 설명되었다. 역시 참고 자료로 사용된 미국 특허번호 2,823,412를 취득한 Scarlett는 연속 압연 절차를 통한 지속적인 압연 PET 필름 제조에 관하여 더 자세히 설명한다.
용융 압출 및 급속 냉각을 할 때 점성이 높은 용융된 PET 폴리머가 다이를 통해 압출되어 찬 주조 드럼 위에서 급속히 냉각되어 실질적인 무정형 주조판을 형성한다.
무정형 PET판은 특성이 좋지 않고 한정된 가치만 지닌다. 하지만 무정형 PET판의 특성과 상품 가치는 필름을 생산할 때 레진의 폴리머 체인을 압연함으로써 대폭 향상될 수 있다. PET판의 압연은 높은 온도에서 필름을 끌어 당기거나 펼치므로 해서 완성될 수 있다. 세로 방향의 압연은 필름 생산공정 중에서 '앞으로 당기기'로 불려진다. 이 공정에는 최소 2 세트의 평형식 롤이 사용된다. 두 번째 세트는 첫 번째 세트보다 회전 속도가 빠르다. MD 방향의 압연은 필름 특성을 전달하기 위해서 필요하지만 무정형 PET판이 롤 표면과 접촉하기 때문에 필름 표면에 손상이 생기게 된다. MD 방향의 자국은 이러한 표면 손상의 일종이며 최종 생산된 필름에서 육안으로 보면 세로 방향의 '브러시 같은 자국'이 보인다. MD 방향의 자국은 필름 표면에 생긴 손상 중에서 대부분을 차지한다.
본 발명은 MD 방향의 압연을 시작하기 전에 PET 주조판을 약한 강도의 에너지로 처리함으로써 표면 손상, 특히 MD 방향의 자국 발생수와 그 심각성을 줄인다. 약한 강도의 에너지로 처리하는 것 이외에, 무정형 판 위의 공간 부분은 승화된 재료의 재침전을 방지하기 위해 처리시 공기를 배출시킨다. 본 발명은 필름 표면의 품질을 향상시키며 롤의 클리닝 필요 회수를 줄여 제품의 생산성을 높이는 것으로 나타났다.
기존의 표면 처리 방법 중에는 최종 생산 제품의 MD 방향 자국을 줄일 수 있는 것도 있지만 약한 강도의 코로나 방전처리 방법을 사용하는 본 발명은 표면 처리에 적합하다. 두루마리 종이 제품의 코로나 방전처리 기술은 1930년대부터 알려져 왔다. 이는 두루마리 종이 제품의 잉크 자국을 신속히 말리기 위해 사용된 것이다. 약한 강도의 코로나 방전처리 방법을 사용하는 것은 연속 코팅 적용에 사용될 수 있도록 비활성적인 폴리머 필름의 접착력을 향상시키는 것으로 많이 알려졌지만 본 발명은 압연공정에서 롤을 사용함으로써 생기는 표면 손상을 줄이기 위해 일반 대기 환경에서 약한 강도의 코로나 방전을 사용하는 아주 새로운 기술이다.
코로나 방전처리를 할 때 처리될 필름이나 주조판은 전기가 통하는 버팀목 위를 통과한다. 이러한 버팀목은 보통 회전하는 드럼이나 예비 롤이며 버팀목으로부터 가장 멀리 떨어진 필름/판의 표면이 코로나 방전으로 처리된다. 코로나 방전은 버팀목으로부터 일정한 거리나 공기 틈새를 둔 전극 세트를 통하여 고전압, 고주파의 교류 전류로 급전하여 생성되는 전기장이다.
코로나 방전처리의 원동력은 전극과 필름 표면 사이의 틈새에 있는 공기의 절연파괴 전압이 필름의 것보다 낮다는 데 있다. 그러므로 고주파, 고전압의 전력이 전극, 공기 틈새, 필름 그리고 접지 버팀목을 통과하여 이온화되어 가스질의 도체를 형성한다. 종래의 강도로 처리하면 공기 틈새에 형성된 가스질의 도체는 계속 파란색의 빛을 발한다.
전형적인 코로나 방전처리 시스템은 고주파 발전기, 고전압 변압기, 전극 및 접지면이 포함된 처리 스테이션 조립품으로 구성되었다. 이러한 시스템은 참고 자료로 사용된 R. H. Cramm and D. V. Bibee, Theory and Practice of Corona Treatment for Improvement of Adhesion, in 1981 Paper Synthetics Conference, 1 (TAPPI Proceedings)에 상세히 설명되었다. 이러한 시스템들은 필름 제조 기술에 능숙한 이들에게는 널리 알려져 있다. 사용되는 전극의 구조는 플레이트형, 와이어형, 머리 빗 형, 나이프형, 반구형, 스프링형 또는 방추형 등 다양하다. 시스템에 사용되는 전극은 금속, 산화금속 또는 산화물 세라믹 등을 포함하여 광범위한 재료로 만들어진다. 본 발명은 최적 코로나 방전처리를 제공할 수 있도록 전극의 구조와 재료의 구성을 최적화 해야 하는 경우가 있지만 모든 전극 구조와 전극 재료에 사용될 수 있다.
본 발명이 채용하는 코로나 방전 시스템은 필라형 '나(裸)롤(bare roll)' 타입 코로나 방전 처리기로서 필름 양쪽 끝에 전극 조립품이 갖추어져 있다. 각 전극 조립품은 최소한 필름의 폭을 커버할 수 있는 2개의 원형 세라믹 전극으로 구성되었다. 전극 사이에는 배기 시스템이 있어 필름을 처리하는 동안 신선한 공기를 계속 공기 틈새로 보내며 승화된 재료를 방출한다. 양 전극과 예비 롤 사이의 공기 틈새는 0.006 내지 0.125 인치이다.
잉크와 같은 코팅에 대한 PET 필름의 접착력을 강화하는 데 사용되는 에너지 강도 또는 와트 밀도의 범위는 종래의 방법에서는 1.0 내지 5.0 W/ft2/min이다. 이와는 대조적으로, 본 발명은 훨씬 약한 에너지 강도로 유익한 결과를 제공할 수 있는 것으로 나타났다. 구체적으로 설명하면, 본 발명은 에너지 강도 범위가 0.04 내지 6.0 W/ft2/min의 에너지 강도는 유익한 결과를 제공한다. 특히, 에너지 강도 범위 0.15 내지 2.0 W/ft2/min가 보다 바람직한 결과를 제공한다. 그리고 와트 밀도가 0.40 W/ft2/min일 때 가장 바람직한 결과를 제공하는 것으로 나타났으며 폴리머 필름의 MD 방향 자국의 발생수와 정도를 가장 현저히 줄일 수 있다. 0.40 W/ft2/min 이하의 처리수준 역시 좋은 결과를 제공할 수 있다는 가설이 설립되었다. 와트 밀도가 충분하여 처리 전극이 균일하게 산발적인 아크 방전을 제공하도록 하는 경우는 모두 좋은 결과를 제공할 수 있는 것으로 고려된다. 이러한 결과는 에너지가 유효하여 공기 틈새에 계속 파란색의 빛이 발하도록 반드시 코로나 에너지 강도가 충분해야 한다는 종래의 생각과는 첨예한 대조를 이룬다.
본 발명은 종래의 압연 롤을 이용하는 제조공정에서 생산되는 필름보다 표면 손상이 훨씬 적은 필름을 생산할 수 있다. 본 발명에서 코로나 방전 처리기가 사용될 때 MD 방향의 압연 롤을 가동하는 데 필요한 암페어수에 현저한 차이가 발생한다. 특히 최초의 빠른 MD 방향의 드로잉 롤을 가동할 때 암페어수가 10% 이상 상승하는 것이 발견되었다. 이러한 필름 제조공정 상황의 변화는 예전의 제조공정 방법으로 생산된 PET판과 본 발명의 공정으로 생산된 PET판 사이의 물리적 성질의 차이를 드러낸다. 이러한 물리적 성질의 차이점의 일례는 최초의 빠른 전진 방향의 드로잉 롤과 코로나 방전 처리된 PET판 표면의 마찰계수의 증가일 것이다. 그러므로 본 발명의 제조공정은 위에 언급된 롤의 끌어당김 특성에 근거하여 지금까지 생산된 제품과는 다른 새로운 제품을 생산할 수 있다.
PET판을 압연하기 전에 약한 강도로 코로나 방전 처리하는 것은 MD 방향의 자국이 형성되는 것을 방지하는 데 효과적일 뿐만 아니라 필름 표면의 손상이 생기도록 하는 기존의 처리 조건도 줄일 수 있다. 코로나 방전 처리하기 전에 생산된 필름을 검사한 결과, 해당 필름에는 매우 심한 MD 방향의 자국이 있는 것이 발견되었으며, 코로나 방전 처리기를 가동하여 몇 시간이 지난 후 생산된 필름에는 MD 방향 자국이 대폭 줄어든 것이 발견되었다.
본 발명은 레진 압연용 롤을 사용하는 모든 폴리머 필름 생산에 적합하다. PET에 사용하는 것 이외에, 본 발명의 제조공정은 폴리에틸렌 테레프탈레이트/이소프탈레이트와 같은 코폴리에스테르 재질의 베이스 필름 제조에도 적용될 수 있다. 이 뿐만 아니라, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜과 같은 글리콜 또는 디올, 및 부탄디올과 같은 폴리올을 테레프탈산, 이소프탈산, 세바스산, 말론산, 아디프산, 아젤라산, 글루타르산, 수베르산, 숙신산 등 또는 이런 산의 혼합물과 같은 디카르복실산(또는 디카르복실산의 에스테르물)을 중축합 반응시켜 생성한 폴리머를 이용한 폴리에스테르 필름 제조에도 본 발명의 제조공정이 적용될 수 있다. 또한 본 발명은 폴리에틸렌 나프탈레이트 레진으로 만들어진 필름에 사용되는 것도 적합하다고 고려된다.
위에 언급된 폴리머 필름의 어느 것이라도 종래의 필름 제조 기술에서 잘 알려진 대전방지 첨가제, 카올린, 이산화티타늄, 색소, 광택 제거제 등과 같은 필러를 함유할 수 있다. 실리카 또는 탄산칼슘과 같은 비활성적인 미립자 필러는 잘 알려진 바와 같이 필름의 마찰 성질을 향상시키기 위해 PET 레진에 첨가될 수 있다. 필름에 이러한 필러가 첨가되면 최종 생산된 필름의 MD 방향 자국이 제거되거나 가려질 수 있다. 하지만 모든 용도에 필러 미립자가 첨가된 것이 다 적합한 것은 아니다. 본 발명은 모든 압연 필름에 적용될 수 있지만 미립자 필러가 첨가되지 않는 필름에 특히 적합하다.
폴리머 필름에는 폴리머-폴리머 라미네이트(예를 들어 폴리에스테르-폴리올레핀)와 같은 폴리머 라미네이트, 또는 폴리에스테르-알루미늄과 같은 폴리머-금속 라미네이트, 또는 폴리머-종이 라미네이트 등이 포함될 수 있다.
길이가 모노머 2 내지 4 단위의 폴리머인 올리고머는 용융 압출 과정에서 자연적으로 주조판 표면으로 올라온다. 올리고머는 PET 중축합 반응의 자연적인 부산물이다. 올리고머 이외에도, PET 레진에는 역시 주조판 표면으로 올라올 수 있는 공정 첨가제가 함유되어 있다. 용융 압출 과정에서 증발하는 PET 레진의 성분도 무정형 PET판 표면에 응축될 수 있다. 이러한 올리고머, 첨가제, 증발된 성분은 모두 합쳐져 무정형 PET판 표면에 얇은 오염 층을 이룬다. 이러한 오염 층은 점진적으로 공정 롤에 이전되어 나중에는 필름 표면과 접촉된다.
전진 방향으로 당겨지는 롤 표면으로 이전하는 주조판 표면의 올리고머와 기타 오염물질은 시간이 지나면서 주조판에 누적되어 궁극적으로는 최종 생산된 필름 표면에 눈에 띄는 MD 방향 자국을 형성하게 된다는 가설이 설립되었다. 이러한 가설은 만약 자국을 줄이기 위해 적절한 절차를 취하지 않는 경우 롤을 전진 방향으로 당김으로써 발생하게 되는 표면 손상의 발생 빈도와 그 정도는 시간이 지남에 따라 더 심해지는 사실로 인해 확인되었다.
종래에는 필름을 코로나 방전 처리할 때, 처리 표면에 부딪치는 공기 틈새의 에너지는 탄소-탄소 결합을 절단하기 위해 실제 필요한 정도보다 몇 배나 높았다. 코로나 방전 에너지는 폴리머 체인을 절단하여 자유 래디칼을 형성한다. 자유 래디칼은 산화하여 카르복실기 또는 히드록실기와 같은 극성 반응기를 형성한다. 이러한 극성 반응기로 처리된 접착 기면의 습성 장력을 증가하여 이후에 도포되는 코팅과의 접착력을 향상시킨다.
전기장에 함유된 전자는 필름 표면의 폴리머 체인을 절단할 수 있다는 점은 잘 알려져 있지만 접착 기면의 표면에 적정수의 극성 반응기를 제공하기 위해 종래의 코로나 방전 처리에는 특정량의 폴리머 체인의 절단을 요한다는 것을 필름 제조 기술에 능숙한 이들 사이에 널리 알려져 있다.
필름 제조 기술에 능숙한 이들은 지금까지는 본 발명의 처리 강도가 너무 적어 유용한 표면 개질을 생성하는 데는 효과적이지 않을 것이라고 믿어왔다. 하지만 필름을 압연하기 전에 종래의 와트 밀도를 사용하는 것은 효과적이지만 역시 최저 와트 밀도를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 대부분의 실시예를 볼 때, 본 발명의 공정은 표면 폴리머 체인의 절단을 유도하는 것이 아니라 오히려 올리고머와 기타 오염물질을 필름 표면으로부터 제거하는 것으로 나타났다. 드로잉 틈새에 있는 필름의 표면은 사실상 표면 오염물질이 별로 없는 것으로 나타난다. 이는 본 발명의 공정을 활용할 때 전진 방향의 드로잉 클리닝 회수가 대폭 줄어드는 것에서 증명된다.
본 발명의 필름 제조 공정은 광범위한 코로나 방전 환경 및 공정 구조에 적용될 수 있지만 어느 환경에서든지 올리고머와 기타 오염물질을 필름 표면에서 제거하면서 판을 기계 진행 방향으로 압연하기 전에 표면을 처리할 때는 가급적 최소한의 폴리머 체인을 절단할 것을 권장한다. 그리고 필름 표면에서 승화된 표면 성분은 필름 표면에 재침전 되는 것을 방지하기 위해 반드시 공기 틈새로부터 제거되어야 한다.
한편, 필름의 표면 자국 발생을 감소하기 위해 사용되는 이 새로운 방법은 PET 필름의 나머지 물리적 특성에 악영향을 끼치지 않아야 한다.
실시예를 포함한 본 발명의 물리적 특성치와 특징은 다음에 설명한 것처럼 측정 또는 정의되었다:
(1) MD 방향 자국 등급:
각종 상황에서 필름 표면을 주관적으로 관찰하여 자국에는 등급이 정해졌다. 등급 결정 절차와 사용된 등급 척도는 다음과 같다.
가. 등급 결정 절차:
i. 일정 각도에서 필름 검사:
필름 압연공정의 마지막 순서가 완료되어 필름이 감김 롤에 감겨질 때 대등 각도에서 필름을 검사한다. 필름의 표면은 감김 롤의 감는 기계를 가동하는 구동 롤의 각도를 횡단할 때 검사된다. 정상적인 조명 환경에서 검사자는 필름으로부터 약 5피트가 떨어진 거리에서 땅에 선 채로 필름 표면을 검사한다. MD 방향의 자국 등급은 다음 "b"에 설명된 정의를 기준으로 하여 결정된다.
ii. 감김 롤 위에서 필름 검사:
감김 롤 위에서의 필름 검사는 롤에 감겨진 상태에 있는, 가장 바깥쪽에 처한 필름의 외부 표면을 관찰함으로써 실시된다. 정상적인 조명 환경과 각도에서 검사자는 필름으로부터 약 2 내지 3피트가 떨어진 거리에서 필름 표면을 검사한다. MD 자국 등급은 다음 "b"에 설명된 정의를 기준으로 하여 결정된다.
나. 등급 척도:
#1 등급: 일정 각도에서 검사하거나 감김 롤 위에 있는 필름을 검사한 후에 MD 방향의 자국이 전혀 발견되지 않았음.
#2 등급: 일정 각도에서 검사할 때는 MD 방향의 자국이 발견되었으나 감김 롤 위에 있는 필름의 검사에서는 발견되지 않았음.
#3 등급: 일정 각도에서 검사하거나 감김 롤에 있는 필름을 검사한 결과 모두 MD 방향의 자국이 발견되었음.
#4 등급: 최고급 품질의 상업용 필름으로 판매될 가치가 없음.
중간 등급: MD 방향의 자국이 일반 등급 보다 훨씬 많고 심한 경우에는 검사 샘플에 "+" 표시가 주어졌으며 반대로 "-" 표시가 주어진 검사 샘플은 MD 방향의 자국이 일반 등급보다 적거나 심하지 않다는 것을 뜻한다.
실시예
다음은 청구된 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 주어진 예이다. 하지만 본 발명은 다음 예에서 설명된 특수 사례에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 12:
충전되지 않은 PET 두루마리는 종래 방식에 따라 다이에서 냉각된 회전식 드럼의 윤이 나는 표면으로 압출된다. PET 두루마리는 무정형 주조판을 제공하도록 폴리머의 글래스 전이 온도 이하로 냉각된다. 주조판을 기계 진행 방향으로 압연하기 전에 대기 환경하에서 필라형 코로나 방전 처리기로 주조판의 양면을 코로나 방전 처리한다. 표 1은 각종 사용 예에서 사용된 방전 처리시의 다양한 와트 밀도를 사용한 결과이다.
| 실시예 번호 | 와트밀도(W/ft2/min) | 자국 등급 | FD 클리닝이 필요한 회수 |
| 1 | 0.42 | 2 | 1 번/38 시간 |
| 2 | 0 | 2 | 4 번/9.83 시간 |
| 3 | 0 | 4 | 기록된 것이 없음 |
| 4 | 0.09 | 2 | 기록된 것이 없음 |
| 5 | 0.36 | 2- | 기록된 것이 없음 |
| 6 | 0.36 | 2 | 기록된 것이 없음 |
| 7 | 0.46 | 2 | 기록된 것이 없음 |
| 8 | 1.99 | 2 | 기록된 것이 없음 |
| 9 | 2.02 | 2 | 기록된 것이 없음 |
| 10 | 2.34 | 2+ | 기록된 것이 없음 |
| 11 | 2.54 | 3 | 기록된 것이 없음 |
| 12 | 2.53 | 3 | 기록된 것이 없음 |
표 1에 나타난 것처럼 약한 강도의 코로나 방전 처리를 사용하는 것이 MD 방향 자국의 발생 및/또는 정도를 줄인다. 주조판을 코로나 방전 처리함으로써 얻어지는 이점은 실시예 1과 2의 비교에서 잘 나타난다. 위 실시예에서는 코로나 방전 처리를 사용할 때 클리닝 필요 회수가 대폭 줄어드는 것을 알 수 있다. 실시예 3에서 볼 수 있듯이, 클리닝을 하지 않거나 코로나 방전 처리를 하지 않은 경우, MD 방향의 자국은 시간이 지남에 따라 더욱 심해진다.
코로나 방전 처리가 MD 방향의 자국에 미치는 영향은 낮은 와트 밀도일 때 최고에 달한다. 실시예 4 내지 9와 실시예 10 내지 12를 비교해 보면 대략 2.0 이상의 와트 밀도를 사용하는 것은 약한 에너지 강도를 사용하는 것보다 확실한 필름 표면품질의 향상을 달성할 수 없다는 것이 잘 나타난다.
그래서 MD 방향의 자국이 적고 그다지 심하지 않은 압연 폴리머 필름의 제조 방법이 제공되었다. MD 방향의 자국의 감소는 라인 클리닝 필요 회수를 대폭 줄여 결과적으로는 장비의 공전 시간과 장비 공전으로 인한 제품 생산량의 손실을 줄이게 되었다. 한가지 추가 이점을 말하면 정상적인 것보다 더 많은 올리고머를 함유하거나 표면 오염물질을 지닌 PET 레진은 더욱 비용 효과적인 방법으로 처리될 수 있다는 것이다.
본 발명은 구체적인 실시예와 함께 설명되었으나 필름 제조 기술에 능숙한 이들은 여태까지의 설명을 토대로 하여 수많은 대체, 변경, 응용 공정을 채택할 수 있는 것이 확실하다. 그러므로 이러한 대체, 변경, 응용 공정은 모두 본 발명의 발명 의도 및 적용범위에 포함된다.
Claims (14)
- (a) 폴리머 레진을 용융 압출하고,(b) 레진을 급속 냉각시켜 실질적인 무정형 주조판을 형성하며,(c) 최초의 압연을 시작하기 전에 대기 환경에서 약한 강도의 에너지원과 주조판 사이에 형성된 틈새를 가로질러 약한 강도의 에너지를 최소한 상기 무정형 주조판의 한 면에 적용시키며,(d) 약한 강도의 에너지를 적용시킬 때 틈새에 낀 가스를 배출시킨 다음,(e) 주조판을 처리하여 폴리머 필름을 생산하는 단계를 포함하며, 상기 공정을 거치지 않고 생산된 압연 폴리머 필름과 비교하여, 상기 공정을 거친 폴리머 필름의 MD 방향의 자국이 그 발생량과 정도가 감소되는, 롤을 사용하여 최소한 세로 방향으로 압연되는 폴리머 필름의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 폴리머 레진이 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 약한 강도의 에너지가 코로나 방전 처리로 공급되는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 가스가 공기인 방법.
- 제 4 항에 있어서, 코로나 방전 처리가 0.04 내지 6.0 W/ft2/min 범위의 와트 밀도를 사용하여 수행되는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 코로나 방전 처리가 0.15 내지 2.0 W/ft2/min 범위의 와트 밀도를 사용하여 수행되는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 코로나 방전 처리가 실질적으로 0.40 W/ft2/min의 와트 밀도를 사용하여 수행되는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 약한 강도의 에너지가 주조판의 양면에 적용되는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 약한 강도의 에너지가 화염처리로 공급되는 방법.
- (a) 폴리머 레진을 용융 압출시키고,(b) 레진을 급속 냉각시키고 실질적인 무정형 주조판을 형성시키며,(c) 유효량의 에너지를 최소한 주조판의 한 면에 적용하여 표면 오염물질을 증발시킨 다음,(d) 증발시킨 표면 오염물질을 공정환경으로부터 제거하는 단계를 포함하고, 상기 공정을 거치지 않고 생산된 압연 폴리머 필름과 비교하여, 상기 공정을 거친 폴리머 필름의 MD 방향의 자국이 그 발생량과 정도가 감소되는, 롤을 사용하여 최소한 세로 방향으로 압연된 폴리머 필름의 제조방법.
- 제 1 항의 방법에 따른 제품.
- (a) 압연을 시작하기 전에 약한 에너지의 코로나 방전을 최소한 주조판의 한 면에 적용시키고,(b) 주조판으로부터 오염물질을 증발시키며,(c) 증발된 오염물질을 처리된 필름 표면 환경으로부터 제거함으로써 더욱 청정한 표면층을 갖는 주조판을 제공하는 단계를 포함하는, 폴리머 주조판의 클리닝 방법.
- 필름 표면에 실질적으로 올리고머가 없는 최소한 한 면이 처리된 필름 표면을 포함하는 주조판 폴리머 필름.
- 제 13 항에 있어서, 처리된 필름 표면이 해당 필름의 비처리 표면보다 더 큰 마찰계수를 지닌 표면을 규정하는 필름.
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