KR20000014743A - 고강도의 백색 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주반복 단위가 에틸렌테레프탈레이트인 고분자 수지 A 60∼80몰%와 주반복단위가 에틸렌-2,6-나프탈레이트인 고분자 수지 B 20∼40몰%로 된 고분자 수지 및 상기 고분자 수지의 총량에 대하여 1∼10중량%의 이산화티탄을 포함하는 고강도의 백색 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 이 필름은 기계적 강도 및 탄성율이 우수하여 제조 공정중 연신 파단 등이 일어나지 않으며 90% 이상의 백색도를 나타낸다.

Description

고강도의 백색 폴리에스테르 필름

폴리에틸렌테레프탈레이트로 대표되는 폴리에스테르 필름은 물리, 화학적으로 안정하고 기계적 강도가 우수하며 내열성, 내후성, 내약품성, 치수안정성, 절연성 등이 우수하며 특히 이를 2축연신하여 제조된 필름은 포장용, 사진필름용, 콘덴서용, 전기절연재용, 라벨용 및 자기기록매체용으로 광범위하게 사용되고 있다.

통상적으로 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 수지를 각종 첨가물과 함께 압출기에 투입하여 판상으로 용융, 압출시킨 다음, 이를 냉각, 고화시켜 시이트를 형성하고, 이 시이트를 1축 또는 2축연신함으로써 제조된다.

최근 산업분야가 다양해지면서 기존의 폴리에스테르 필름보다 기계적 강도가 더 우수하고 탄성율이 높을 뿐 아니라 미려한 백색도를 함께 갖추고 있어서 디지털 카메라 인화지, 인쇄장식용지, 건축물의 내,외벽지 등 다양한 용도로 사용될 수 있는 고기능의 폴리에스테르 필름에 대한 수요가 늘어나고 있어서 그에 대한 연구, 검토가 다각적으로 이루어지고 있다.

이러한 고강도의 백색 폴리에스테르 필름에 대한 연구는 주로 제조 공정을 변화시키는 제조방법 상의 변형에 의해 이루어지고 있다. 이중 가장 보편적이고 통상적인 것이 통상의 연신 방법을 고배율 연신법, 다단계 연신법 등으로 변형시킴으로써 필름의 탄성율을 높이는 방법이다. 그러나 제조 공정상의 변형에 의해 폴리에스테르 필름의 기계적 강도 및 탄성율을 개선하는데는 한계가 있는데, 즉 제조공정 중에 연신파단이 발생하여 실용화가 곤란하다는 문제점이 있다.

또한, 필름의 백색도를 높이기 위해서 이산화티탄과 같은 백색계의 무기물(?)을 다량 첨가하는 방법이 있으나, 무기물 함량이 증가할수록 최종 필름의 기계적 물성이 떨어지고 비중은 높아지는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기계적 강도 및 탄성율이 우수하면서 백색을 띄는 고강도의 백색 폴리에스테르 필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 주반복 단위가 에틸렌테레프탈레이트인 고분자 수지 A 60∼80몰%와 주반복단위가 에틸렌-2,6-나프탈레이트인 고분자 수지 B 20∼40몰%로 된 고분자 수지 및 상기 고분자 수지의 총량에 대하여 1∼10중량%의 이산화티탄을 포함하는 고강도의 백색 폴리에스테르 필름에 의하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 고분자 수지 A 및 B의 혼합몰비는 60∼80:20∼40, 더 바람직하게는 65∼75:25∼35이다.

상기 고분자 수지 B의 함량이 전체 고분자 수지에 대하여 20몰% 미만이면 고강력의 효과는 있으나 백색도가 떨어지며, 반대로 40몰% 이상이 되면 상대적으로 가격이 비싼 B 고분자 수지가 많이 함유됨에 따라 얻어지는 최종 필름의 경제성이 떨어진다는 문제점이 있다.

또한, 이산화티탄의 평균입경은 0.2∼3㎛인 것이 바람직하며, 첨가량은 고분자 수지 총량에 대하여 1∼10중량%, 더 바람직하게는 3∼7중량%이다.

첨가량이 1중량% 미만이면 최종 필름의 백색도가 떨어지고 차폐성이 불량해지며, 반대로 10중량%를 초과하게 되면 필름 강도, 유연성 등의 기계적 물성이 저하될 뿐 아니라 중합 반응성 불량, 제막 연신시 파단 발생 등의 공정상 문제점이 발생하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 고강도의 백색 폴리에스테르 필름의 F-5값 (신도가 5%일때의 종방향 및 횡방향의 인장강도 합)은 바람직하게는 32㎏/㎟이상, 백색도는 90% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 고분자 수지 A는 방향족 디카르복실산을 주성분으로 하는 산 성분과 알킬렌글리콜을 주성분으로 하는 글리콜 성분을 중축합한 것이다. 여기서, 방향족 디카르복실산의 예로는 디메틸테레프탈레이트, 테레프탈산, 이소프탈산, 싸이클로헥산디카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 디페닐디카르복실산, 디페닐에테르디카르복실산, 안스타젠디카르복실 α,β-비스(2-클로로페녹시)에탄-4,4-디카르복실산 등을 들 수 있으며, 이중 특히 디메틸테레프탈레이트 또는 테레프탈산이 바람직하다. 한편, 알킬렌글리콜의 예로는 에틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 펜타메틸렌글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 헥실렌글리콜 등을 들 수 있으며, 이중 특히 에틸렌글리콜이 바람직하다.

고분자 수지 A는 70몰% 이상이 폴리에틸렌테레프탈레이트로 구성된 호모폴리에스테르이고 30몰% 이내에서는 공중합하여도 무방하다. 이때 공중합될 수 있는 성분으로는 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 폴리에틸렌글리콜, p-키실렌글리콜, 1,4-싸이클로헥산디메탄올 등으로부터 선택된 디올 화합물; 아디프산, 5-나트륨술포이소프탈산 등으로부터 선택된 디카르복실산; 트리메릴트산, 피로메릴트산 등으로부터 선택된 다관능성 디카르복실산 등을 예로 들 수 있다.

또한, 고분자 수지 B는 디메틸-2,6-나프탈레이트와 에틸렌글리콜을 중축합 반응시켜 수득한 에틸렌-2,6-나프탈레이트를 80몰% 이상 포함하는 것이 바람직하며, 호모 폴리에스테르이거나 10몰% 이하의 공중합 성분을 포함하는 코폴리에스테르일 수 있다.

이때, 에틸렌글리콜 이외의 디올류로서 사용될 수 있는 것으로는 폴리에틸렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, p-키실렌글리콜, 1,3-싸이클로헥산디메탄올, 1,4-싸이클로헥산디메탄올 등이 있다.

또한, 바람직한 공중합 성분으로는 디메틸-1,2-나프탈레이트, 디메틸-1,5-나프탈레이트, 디메틸-1,6-나프탈레이트, 디메틸-1,7-나프탈레이트, 디메틸-1,8-나프탈레이트, 디메틸-2,3-나프탈레이트, 디메틸-2,7-나프탈레이트, 디메틸테레프탈레이트 등을 예로 들 수 있다.

또한, 무기 미립자로서 전술한 이산화티탄 외에도 황산바륨, 이산화티탄, 이산화규소, 탄산칼슘, 산화마그네슘, 탈크 등과 같이 본 발명의 분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 적어도 1종 이상을 첨가함으로써 필름의 평활성, 주행성, 내마모성 등을 개선할 수 있다. 이들의 첨가량은 전고분자 수지 총량에 대하여 5중량% 이하인 것이 바람직한데, 첨가량이 상기 범위를 초과하면 필름의 기계적 물성이 저하할 뿐 아니라 필름 중량이 지나치게 무거워질 수 있으므로 최근의 필름 경량화 추세에 비추어 볼때 바람직하지 않다.

한편, 전술한 무기 미립자외에도 공지의 첨가제들, 예를 들어 중축합 촉매, 분산제,정전인가제, 결정화 촉매제, 기핵제, 블록킹 방지제 등을 본 발명에 따른 고강도의 백색 폴리에스테르 필름은 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 더 첨가할 수 있다.

이산화티탄을 비롯한 무기 미립자 및 기타 첨가제들은 폴리에스테르 필름의 제조공정 중 임의의 단계, 예를 들면 각각의 고분자 수지의 제조 전후, 두 종류의 고분자 수지 혼합시, 또는 고분자 수지 혼합물을 압출하여 미연신 쉬트를 제조하는 단계에서 첨가될 수 있다.

본 발명에 따른 고강도의 백색 폴리에스테르 필름은 당해 분야에서의 통상의 방법에 따라 제조될 수 있다.

먼저, 고분자 수지 A와 B를 합성함에 있어서는 에스테르교환법 및 직접중합법 중 어느 방법을 사용하여도 무방하며, 공정구성에 있어 회분식 및 연속식 공정 중 어느 것이나 채용 가능하다.

이어서, 합성된 고분자 수지 A와 B를 60∼80:20∼40, 더 바람직하게는 65∼75:25∼35의 혼합 몰비로 혼합한 고분자 수지 혼합물을 티-다이법 등에 의해 용융압출된 미연신 시이트로 제조한 다음, 이를 이축연신함으로써 고강도의 백색 폴리에스테르 필름을 제조할 수 있다. 연신방법 역시 당해 기술분야에서 알려져 있는 통상의 방법이라면 특별히 제한되지 않는다. 종연신과 횡연신의 중간단계에서 인라인 코팅(In-line coating)을 실시하거나, 횡연신 후에 코로나 처리를 실시하는 것도 바람직하다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명할 것이나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 제조된 필름의 성능평가는 다음 방법에 의하여 실시하였다.

(1) F-5값

2축연신된 필름으로부터 종방향으로 150mm, 횡방향으로 6.25mm 크기의 시험편 다섯 개를 취한 후, 인스트론사의 인장시험기(모델명 UTM4206)를 이용하여 ASTM D882에 따라서, 인장속도 50mm/분, 척(chuck)의 간격 50mm 및 게이지 간격 50mm의 조건하에서 인장시험을 실시한다. 신장률 5%에서의 응력을 F-5값(단위: kg/㎟)으로 나타낸다.

(2) 백색도

JIS-L-1015의 방법에 따라서 파장 450nm의 반사율(B%)와 550nm의 반사율(G%)를 측정한 후, 백색도 = 4B - 3G의 식에 의하여 구했다.

실시예 1

디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 1:2 몰비로 혼합한 후 에스테르 교환반응시켜서 폴리에틸렌테레프탈레이트 (비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트)를 제조한 다음, 평균입경이 0.5㎛인 입방결정 구조의 이산화티탄 8중량% 및 안티모니트리아세테이트 0.05중량%를 첨가하여 중축합 반응시킴으로써 극한점도가 0.610㎗/g인 제1 폴리에스테르 수지를 제조하였다.

이어서, 디메틸-2,6-나프탈렌디카르복실레이트와 에틸렌글리콜을 1:2의 몰비로 혼합한후 0.15중량%의 망간아세테이트를 첨가하여 에스테르 교환반응시킨 다음,안티모니트리아세테이트 0.05중량%를 첨가하여 중축합 반응시킴으로써 제2 폴리에스테르 수지를 제조하였다.

제조된 제1 및 제2 폴리에스테르 수지를 70:30의 몰비로 혼합한 다음, 건조하고 용융 및 압출하여 미연신 시이트를 형성하였다. 이어서, 미연신 시이트를 각각 3.0 및 3.5배의 종, 횡연신비로 이축연신하여 두께가 12㎛인 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

수득된 필름의 종, 횡방향의 F-5값 및 백색도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2 및 비교예 1 내지 3

제1 및 제2 폴리에스테르 필름의 혼합몰비 및 이산화티탄 함량을 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법을 실시하여 폴리에스테르 필름을 제조였으며, 그의 종, 횡방향의 F-5값 및 백색도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	수지혼합몰비(몰%)	이산화티탄 함량(중량%)	F-5(㎏/㎟)	백색도 (%)
	제1 폴리에스테르 수지		제2 폴리에스테르 수지		종방향	횡방향
실시예 1	70	30	5	17.2	16.5	93
실시예 2	65	35	5	17.7	16.9	95
비교예 1	100	0	18	12.0	11.5	95
비교예 2	97	3	13	14.1	13.5	89
비교예 3	85	15	7	16.3	15.8	75

상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 폴리에스테르 필름 (실시예 1 및 2)은 종, 횡방향의 F-5값의 합이 32kg/㎟ 이상으로 기계적 강도 및 탄성율이 우수할 뿐 아니라 90% 이상의 백색도를 나타낸다.

이에 반하여 제1 및 제2 폴리에스테르 수지의 혼합몰비와 이산화티탄의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나는 폴리에스테르 필름의 경우에는종, 횡방향의 F-5값의 합이 32kg/㎟ 미만으로 기계적 강도가 불량하거나 (비교예 1 및 2) 백색도가 90%를 넘지 않아서 (비교예 2 및 3) 실용상 바람직하지 않은 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 고강도의 백색 폴리에스테르 필름은 기계적 강도 및 탄성율이 우수하여 제조 공정중 연신 파단 등이 일어나지 않으며 미려한 백색 외관을 나타내므로 실용상 유용한 것으로 나타났다.

Claims (3)

1. 주반복 단위가 에틸렌테레프탈레이트인 고분자 수지 A 60∼80몰%와 주반복단위가 에틸렌-2,6-나프탈레이트인 고분자 수지 B 20∼40몰%로 된 고분자 수지, 및

   상기 고분자 수지의 총량에 대하여 1∼10중량%의 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도의 백색 폴리에스테르 필름.
2. 제1항에 있어서, 이산화티탄의 평균입경이 0.2∼3㎛인 것을 특징으로 하는 고강도의 백색 폴리에스테르 필름.
3. 제1항에 있어서, 신도가 5%일때의 종방향 및 횡방향의 인장강도 합이 32㎏/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 고강도의 백색 폴리에스테르 필름.