KR20000001344A - 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름에 관한 것이다. 본 발명은 폴리에스테르수지에 미립상태의 판상 결정 구조의 운모를 혼합한 수지를 표면층으로 공압출함으로써 우수한 기계적 특성 및 난연성을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름으로써 "중심층에는 극한점도가 0.4 내지 0.9dl/g인 공중합 폴리에스테르수지로된 이축연신 필름층이 구성되고, 중심층의 표면층에는 에틸렌테레프탈레이트 단위를 60몰%이상 함유하고 극한점도 0.4 내지 0.9dl/g인 폴리에스테르수지와 평균입경 1 내지 10μm인 미립상의 판상구조를 갖는 백운모분말이 표면층 수지 총중량의 0.1 내지 10중량%로 혼합 조성된 일축연신 필름층이 구성됨을 특징으로 하는 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름"을 제공한다.

Description

난연성이 개선된 폴리에스테르 필름(INCOMBUSTIBILITY-IMPROVED POLYESTER FILM)

본 발명은 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 폴리에스테르 수지에 운모를 혼합한 수지를 표면층으로 공압출하여 난연성을 갖도록한 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

근래에 이르러 가구의 표면재나 실내외의 장식재로 사용되는 기재 및 각종 전자제품 기기의 표면소재로 사용되는 프라스틱 필름의 수요가 늘어나면서 그동안 요구되어 오던 플라스틱 고유의 물성, 사출성 또는 후가공성 등의 기계적 특성이외에도 고열에 대한 안정성 즉, 난연성을 요구하는 추세가 점차로 증대되고 있다.

이와 관련하여 종래에는 폴리염화비닐이나 폴리카보네이트 또는 폴리스틸렌 등의 재질로된 필름에 할로겐계 화합물 또는 인화합물을 도포하거나 첨가제로 투입하여 난연성을 부여하고자 하는 기술이 일반적으로 활용되어 왔다.

그러나 할로겐화합물의 경우 연소 억제 기구상 가스가 발생하게 되어 적용이 극히 제한되고 있으며, 인화합물의 경우 일반적으로 사용되고는 있으나 다량 첨가하는 경우 필름의 고유 특성을 해치게 된다. 또한 도포법으로 난연성을 부여할 경우 어느 정도 일정 수준까지의 난연성은 얻을 수 있으나 고도의 난연성을 원하는 경우에는 한계를 나타낼 수 밖에 없는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 상기 필름소재로써 사용되는 폴리염화비닐이나 폴리스틸렌은 고분자 수지의 특성상 열적 특성이 매우 불량하며 폴리카보네이트는 필름으로 생산이 어렵고 또한 가격이 고가인 관계로 범용적으로 사용하기가 어려운 문제점이 있으므로 상기 열거한 필름 소재를 대체하여 제반 기계적 또는 화학적 물성이 우수한 폴리에스테르 수지를 사용함이 바람직한데 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate)의 경우 화학 및 물리적으로 안정하고 기계적 강도가 높으며 내구성, 내열성, 내약품성, 전기 절연성 등이 우수하여 산업용, 자기기록매체용, 포장용, 라벨용, 사진필름용, 의류용 및 각종 성형가공품으로 폭넓게 사용되고 있으므로 더욱 바람직하다.

그러나 폴리에스테르 수지 또한 연소시 불꽃을 전파하는 능력이 커서 특수한 용도, 예를 들어서 전력케이블 룁핑(wrapping)용, 인쇄회로 기판 등의 전기 전자용도 또는 실내 장식용도 등 난연성을 요구하는 경우에는 사용상에 제약이 따르는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 고려하여 안출된 것으로써, 플라스틱 소재로서 여러 가지 물성측면에서의 우수한 특성을 나타내는 폴리에스테르수지에 미립상태의 판상 결정 구조의 운모를 혼합한 수지를 표면층으로 공압출함으로써 우수한 기계적 특성 및 난연성을 갖는 것을 특징으로 하는 적어도 일축배향된 상태의 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름을 제공함에 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중심층에는 극한점도가 0.4 내지 0.9dl/g인 공중합 폴리에스테르수지로된 이축연신 필름층이 구성되고, 중심층의 표면층에는 에틸렌테레프탈레이트 단위를 60몰%이상 함유하고 극한점도 0.4 내지 0.9dl/g인 폴리에스테르수지와 평균입경 1 내지 10μm인 미립상의 판상구조를 갖는 백운모분말이 표면층 수지 총중량의 0.1 내지 10중량%로 혼합 조성된 일축연신 필름층이 구성됨을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름을 제공한다.

본 발명에서 표면층 및 중심층에 사용되는 폴리에스테르 수지는 35℃에서 오르토클로로페놀 25밀리리터에에 농도를 달리하여 3점법으로 측정한 극한 점도가 0.4 내지 0.9dl/g이지만, 0.5 내지 0.8dl/g의 범위가 더욱 바람직하다. 만일 극한점도가 0.4dl/g이하인 경우는 본 발명의 목적인 기계적 강도를 유지하지 못하며, 필름 생산 도중 파단이 빈발하여 생산성이 극히 저하되는 등 바람직하지 않다.

또한 극한점도가 0.9dl/g를 초과하는 경우 압출공정 중에 압출압의 상승에 따른 압출불안정 등 공정상의 어려움이 따른다.

상기의 폴리에스테르는 방향족 디카르복시산을 주성분으로 하는 산성분과 알킬렌글리콜을 주성분으로 하는 디올 성분을 축중합한 것으로, 방향족 디카르복시산의 구체적인 예로는 디메틸테레프탈레이트, 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르복시산, 싸이클로부탄디카르복시산, 싸이클로헥산디카르복시산, 5-술포이소프탈산, 5-술포프로폭시이소프탈산, 디페닐디카르복시산, 디페녹시알칸디카르복시산, 아디프산, 세바식산 등이 있으며, 이중 특히 디메틸테레프탈레이트 또는 테레프탈산이 바람직하다.

디올 성분으로는 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올 등의 알킬렌글리콜류 및 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 1,4-싸이클로헥산디메탄올 등이 있으며 이중 특히 에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 호모폴리에스터로 상기에 열거한 디카르복시산 및 디올 성분들 중 하나 이상을 40 중량부 이내에서 공중합하여도 무방하다. 또 중심층에 사용되는 공중합폴리에스테르도 표면층 폴리에스테르 중합에 사용한 것과 같은 종류의 디카르복시산 및 디올 성분을 사용하여 중합하는 것이 바람직하나 용도에 따라 중합 몰농도를 변화하는 것도 가능하다. 난연성을 개선하기 위해 사용되는 운모는 조암 광물의 일종으로 판상 결정을 이루고 있으며 종류로는 백운모, 금운모, 흑운모로 분류할 수 있으나 하기 화학식 1의 구조를 갖는 백운모만을 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다.

K₂Al₄(SiAl)₂O₂₀(OH)₄

상기한 백운모 이외에 금운모나 흑운모의 경우에는 K, Mg 등 금속이온이 다량 함유되어 있어 폴리에스테르와 혼합하여 제조할 경우 필름의 물성을 저하시킬 우려가 있으며 특히 열분해를 촉진시켜 황화현상을 발생시 본 발명에서 첨가되는 평균 입경은 1 내지 10μm이 가장 좋으며 사용량은 0.1 내지 10 중량부가 가장 적합하다. 평균 입경이 1μm이하가 되면 응집현상이 발생하게 되고 10μm 이상이 되면 수지의 용융 압출시 필터압이 상승하는 등 공정상의 문제를 야기시킨다. 첨가량의 경우 0.1 중량부 이하를 사용하면 본 발명의 효과를 얻을 수 없으며 10 중량부 이상을 첨가하면 연신공정시 파단현상이 생기고 특히 운모를 사용하는 경우 이런 현상은 더욱 심해진다.

이상 설명한 바의 백운모를 폴리에스테르 수지에 첨가하는 방법은 중합시 첨가하는 방법과 컴파운딩 기술을 이용하여 고농도 마스터칩을 제조한 다음 블랭크 침과 원하는 비율로 섞어 사용하는 방법이 있으나 본 발명에서 요구하는 물성을 얻기 위해서는 후자의 기술을 사용하는 것이 바람직하다.

공압출 필름을 제조하는 방법은 일반적으로 공지된 기술을 사용하면 된다. 예를 들면 멀티매니폴드 다이 또는 피이드블록 다이에 용융된 폴리머를 공급하여 회전하는 냉각드럽에 판상의 용융폴리머를 고착시킴으로써 연속된 쉬트를 얻을 수 있다. 멀티 매니폴트 방식을 사용하는 경우 표면층의 다이립갭(die lip gap)을 조정하여 두께를 제어하고 피이드블록 다이를 사용하는 경우는 각 층의 토출량과 초크바를 조절하여 표면층의 두께를 제어할 수 있다.

이렇게 하여 제조된 쉬트를 연속적으로 적어도 일축 배향하여 기계적 강도를 개선한 본 발명의 공압출 폴리에스테르 필름을 제조한다. 표면층과 중심층의 두께비는 중심층의 두께가 전체 두께중 50 내지 90%가 되도록 조절하며, 요구되는 난연성의 수준에 따라 중심층의 두께를 조절할 수 있다. 중심층이 두께가 전체 두께의 90%이상일 경우 본 발명의 목적인 폴리에스테르 필름의 난연성을 부여할 수 없으며, 50% 이하일 경우 기계적 특성을 부여할 수 없다.

본 발명에서는 위에서 언급한 첨가제외에 본 발명의 특성을 해치지 않는 범위내에서 정전인가제, 제전제, 기핵제, 산화방지제, 내황제, 안료의 사용이 가능하며 필름의 인쇄적성의 개선을 위한 방전 코로나 처리 및 도포처리 등의 적용도 가능하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 다음의 실시예에만 국한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 당량비 1:2로 섞고 에스테르 교환반응 촉매를 넣어 폴리에틸렌테레프탈레이트의 단량체인 비스-2-하이드록시에틸테레프탈레이트를 합성한 후 봉상의 열안정제와 축중합축매를 투입하여 축중합을 완결, 극한 점도 0.625dl/g의 폴리에스테르 수지 칩을 제조하였으며, 이 칩중 일부를 컴파운딩 공정을 통해 평균입경 2.0μm인 운모 3.2중량부가 함유된 마스터 칩을 만들었다.

상기의 방법으로 얻어진 수지를 최종 필름에서의 표면층의 두께가 양면 동일하게 각각 10μm 중심층의 두께가 30μm이 되도록 피이드블록 다이를 이용하여 통상의 공압출 방법에 따라 쉬트를 성형하고 축차이축연신하여 두께 50μm의 최종필름을 제조하였으며, 이렇게 제조된 필름을 하기한 실험예에서 정한 방법에 따라 산소지수(L.O.I), 인장강도, 필름의 외관 및 생산성을 시험한 후 그 결과를 하기한 표 1에 나타내었다.

<실험예>

-산소지수(L.O.I)-

토요세키사(일본)의 산소지수측정기(모델명 : 606D)를 사용하여 ASTM D2863에서 정한 방법에 따라 산소지수를 측정하여 난연성을 평가했다.

-인장강도-

인스트론(Instron)사의 UTM기기를 사용하여 인장강도를 측정하므로써 기계적 특성을 평가했다.

-필름의 외관-

10cm×10cm의 면적의 샘플 표면에 존재하는 높이 0.9μm 이상의 돌기의 개수에 따라 필름의 외관상태를 평가하였다.

○ : 1개 이하

△ : 2 - 3개

× : 4개 이상

-생산성-

250m/min의 속도로 생산하는 공정과정에서 발생하는 파단의 횟수로 필름의 생산성을 평가하였다.

○ : 1회/일 이하

△ : 2 - 3회/일

× : 4회/일 이상

<실시예 2 내지 5>

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 조건을 하기 표 1과 같이 변화시켜 제조한 후 필름의 물성을 측정하였으며 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 1 내지 5>

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 조건을 하기 표 1과 같이 변화시켜 제조한 후 필름의 물성을 측정하였으며 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	필름전체두께	중심층폴리에스테르	표면층폴리에스테르	필름의 물성
		극한점도	두께	극한점도	두께	운모입경	운모함량	산소지수	인장강도(MD)	외관	생산성
단위	μm	dl/g	μm	dl/g	μm	μm	중량부	-	kg/mm2	-	-
실시예1	50	0.625	30	0.625	10	2.0	3.2	41	24	○	○
실시예2	50	0.660	35	0.660	705	3.5	4.5	45	21	○	○
실시예3	50	0.635	40	0.635	5	6.5	2.0	47	26	○	○
실시예4	50	0.640	25	0.645	12.5	4.2	5.1	48	28	○	○
실시예5	50	0.672	30	0.672	10	3.7	3.2	43	26	○	○
비교예1	50	0.910	10	0.910	10	2.5	3.0	43	31	○	×
비교예2	50	0.625	30	0.625	20	3.5	4.6	42	16	△	△
비교예3	50	0.610	30	0.610	10	15	16	49	28	×	×
비교예4	50	0.625	30	0.625	10	3.2	0.05	22	25	○	○
비교예5	50	0.625	30	0.609	10	-	-	16	25	○	○

상기 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5로부터 제조된 필름은 산소지수(L.O.I)값이 평균 48로써 매우 높게 나타나 난연성 측면에서 우수한 특성을 나타내고 있을 뿐만 아니라, 인장강도, 필름의 외관 및 생산성 등의 기타 실험항목에서도 매우 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

한편, 운모를 전혀 첨가하지 않은 비교예 5의 경우 산소지수가 16으로 나타나 매우 취약함을 알 수 있었다. 또한 첨가되는 운모의 함량을 0.05중량부로 미량 첨가한 비교예 4의 경우 산소지수가 22로써 운모를 전혀 첨가하지 않은 경우와 비교하여서는 난연성 측면에서 다소의 개선효과를 나타낼 수 있었으나 바람직한 결과는 얻을 수 없었다.

이와는 반대로 운모의 함량을 16 중량부로 과량 첨가하고 운모의 평균입경 또한 15 μm로써 적정크기를 초과하여 첨가한 비교예 3의 경우 산소지수가 49로써 난연성 측면에서는 가장 우수하였으나 필름의 외관 및 생산성은 매우 취약함을 알 수 있었다.

또한 중심층 및 표면층에 사용된 폴리에스테르의 극한점도가 0.910dl/g로써 본 발명에서 제시한 적정범위를 초과한 비교예 1의 경우 생산성에서 좋지않은 결과가 나타났으며, 중심층의 두께가 10μm로써 필름 전체두께의 20%로 구성된 비교예 2의 경우에는 인장강도가 16kg/mm²으로 낮은 강도특성을 나타내고 있음을 알 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 여러 가지 물성측면에서의 우수한 특성을 나타내는 폴리에스테르수지에 미립상태의 판상 결정 구조의 운모를 혼합한 수지를 표면층으로 공압출함으로써 우수한 기계적 특성 및 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름을 제공함에 목적이 있다.

Claims (3)

1. 중심층에는 극한점도가 0.4 내지 0.9dl/g인 공중합 폴리에스테르수지로된 이축연신 필름층이 구성되고, 중심층의 표면층에는 에틸렌테레프탈레이트 단위를 60몰%이상 함유하고 극한점도 0.4 내지 0.9dl/g인 폴리에스테르수지와 평균입경 1 내지 10μm인 미립상의 판상구조를 갖는 백운모분말이 표면층 수지 총중량의 0.1 내지 10중량%로 혼합 조성된 일축연신 필름층이 구성됨을 특징으로 하는 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름.
2. 제 1항에 있어서, 상기 백운모는 일반식이 하기 화학식 1로 표현됨을 특징으로 하는 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름.

   <화학식 1>

   K₂Al₄(SiAl)₂O₂₀(OH)₄
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 중심층의 두께가 필름전체 두께의 50 내지 90%로 구성됨을 특징으로 하는 난연성이 개선된 폴리에스테르 필름.