KR20010055363A - Polyester film having gas-barrier property - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 차단성 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계적 강도, 내열성, 내약품성, 치수 안정성 등 기본 특성이 우수할 뿐만 아니라 특히, 가스차단성이 매우 우수하여 각종 포장재, 피복재료 및 보호재용으로 유용한 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.The present invention relates to a gas barrier polyester film, and more particularly, has excellent basic properties such as mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, and dimensional stability, and in particular, has excellent gas barrier properties, and thus, various packaging materials, coating materials, and protections. A polyester film useful for reuse.
최근에는 식품포장, 각종 부품포장, 피복재 및 보호재 등의 용도로서 종래의 종이 또는 셀로판 대신 가스 차단성 수지로 제조된 필름이나 시트 또는 이들의 가공품이 사용되고 있다. 이들 가스 차단성 수지로 제조된 제품들은 가공성 및 투명성이 우수할 뿐만 아니라 가볍고 가격이 저렴한 잇점이 있다. 그러나, 종래의 범용성 고분자 수지로 제조된 필름은 가스 차단성에 한계가 있어 유리 또는 금속재료를 사용한 포장재료에 비해 가스 차단성이 떨어지므로 장기 보존이 필요한 포장분야에 적용하기에는 제한이 따른다. 따라서, 기본적인 물성을 만족시키면서도 가스 차단성이 우수한 필름을 제조하려는 연구가 활발히 진행되어 왔다.Recently, films or sheets made of gas barrier resins or processed products thereof have been used in place of conventional paper or cellophane as food packaging, various component packaging, coating materials and protective materials. Products made with these gas barrier resins not only have excellent processability and transparency, but also have the advantages of being light and inexpensive. However, the film made of the conventional general-purpose polymer resin has a gas barrier property is limited, so the gas barrier property is inferior to that of the packaging material using glass or metal materials, and thus, the film is limited in application to a packaging field requiring long-term storage. Therefore, studies have been actively conducted to produce films having excellent gas barrier properties while satisfying basic physical properties.
예를 들면, 가스 차단성 필름의 수지원료로서, 결정화도가 높은 열가소성 수지, 즉 에틸렌-비닐알코올 공중합체 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리염화비닐리덴 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리에스테르계 수지 등을 사용하여 제조한 필름을 제공하고 있다. 결정성이 높은 수지로 필름을 제조하면 가스 차단성이 어느 정도 향상되나 한계가 있으므로, 이러한 수지로 제조한 필름을 라미네이션하거나, 코팅공정을 통해 필름 위에 코팅막을 형성하므로써 가스 차단성을 더욱 향상시키는 방법이 제안되었다.For example, as a water support material for gas barrier films, thermoplastic resins having high crystallinity, that is, ethylene-vinyl alcohol copolymer resins, polyvinyl alcohol resins, polyvinylidene chloride resins, polyamide resins, polyester resins, and the like To provide a film produced using. If the film is made of a resin having a high crystallinity, the gas barrier property may be improved to some extent, but there is a limit. This has been proposed.
예를 들어, 미국특허 제2,698,240호에는 폴리에스테르 필름에 폴리비닐리덴 클로라이드를 코팅하는 방법이 개시되어 있고, 미국특허 제5,472,792호에는 공중합 폴리올레핀계 수지와 폴리에스테르 필름을 라미네이트하여 가스차단성을 부여하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법에 의해서도 필름에 부여되는 가스 차단성에는 한계가 있으며, 후가공을 거쳐야 하는 문제점이 있다. 특히, 폴리염화비닐리덴계 수지의 경우 소각시 다이옥신과 같은 환경 호르몬이 배출되는 문제점이 있다.For example, US Pat. No. 2,698,240 discloses a method of coating polyvinylidene chloride on a polyester film. US Pat. No. 5,472,792 laminates a copolymerized polyolefin resin and a polyester film to impart gas barrier properties. Is disclosed. However, there is a limit to the gas barrier properties imparted to the film even by such a method, and there is a problem that it must go through post processing. In particular, in case of polyvinylidene chloride-based resin, there is a problem in that environmental hormones such as dioxins are discharged during incineration.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점 해결하여 기계적 강도, 내열성, 내약품성, 치수 안정성 등 기본 특성이 우수할 뿐만 아니라 특히, 가스차단성이 매우 우수하여 각종 포장재, 피복재료 및 보호재용으로 유용한 폴리에스테르 필름을 제공하는데 있다.Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is to solve the above problems, not only excellent basic properties such as mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, dimensional stability, but also particularly excellent gas barrier properties useful for various packaging materials, coating materials and protective materials It is to provide a polyester film.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 극한점도가 0.55 내지0.75dl/g인 폴리에스테르로 형성되는 제1 고분자 수지층; 및 상기 제1 고분자 수지층 일면에 적층되어 있으며, 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자로 형성되는 제2 고분자 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 차단성 폴리에스테르 필름을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention, the first polymer resin layer formed of a polyester having an intrinsic viscosity of 0.55 to 0.75 dl / g; And a second polymer resin layer laminated on one surface of the first polymer resin layer and formed of a polyester-based thermotropic liquid crystal polymer.
본 발명에 따른 가스 차단성 폴리에스테르 필름에 있어서, 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자는 p-히드록시벤조산과 6-히드록시-2-나프토산의 공중합체 또는 p-히드록시벤조산과 에틸렌테레프탈레이트의 공중합체를 포함하는 것이 바람직하다.In the gas barrier polyester film according to the present invention, the polyester-based thermotropic liquid crystal polymer is a copolymer of p-hydroxybenzoic acid and 6-hydroxy-2-naphthoic acid or a copolymer of p-hydroxybenzoic acid and ethylene terephthalate. It is preferable to include a copolymer.
또한, 상기 p-히드록시벤조산과 에틸렌테레프탈레이트의 공중합체는 p-히드록시벤조산 60 내지 80몰% 및 에틸렌테레프탈레이트 20 내지 40몰%로 이루어진 것이 더욱 바람직하다.In addition, the copolymer of p-hydroxybenzoic acid and ethylene terephthalate is more preferably composed of 60 to 80 mol% of p-hydroxybenzoic acid and 20 to 40 mol% of ethylene terephthalate.
이하에서는 본 발명에 따른 가스차단성 폴리에스테르 필름 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, a gas barrier polyester film and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in more detail.
본 발명은, 극한점도가 0.55 내지 0.75dl/g인 폴리에스테르로 형성되는 제1 고분자 수지층; 및 상기 제1 고분자 수지층 일면에 적층되어 있으며, 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자로 형성되는 제2 고분자 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 차단성 폴리에스테르 필름을 제공한다.The present invention, the first polymer resin layer formed of a polyester having an intrinsic viscosity of 0.55 to 0.75 dl / g; And a second polymer resin layer laminated on one surface of the first polymer resin layer and formed of a polyester-based thermotropic liquid crystal polymer.
본 발명의 특징은 높은 가스 차단성을 필름에 부여하기 위하여 필름의 수지 성형물의 결정을 일축일면으로 배향시키는데 있다. 높은 가스 차단성 필름에 있어서 가장 중요한 요소는 필름의 결정화도 및 결정배향도이다. 본 발명에서는 결정배향 요소를 최적화하기 위해 극한점도가 0.55 내지 0.75dl/g인 폴리에스테르로 제1 고분자 수지층을 형성하고 동시에 제1 고분자 수지층 일면에 용융상태에서도 분자 배향성을 갖는 폴리에스테르계 열방성 액정고분자를 제2 고분자 수지층으로 형성하므로써 가스차단성이 높은 폴리에스테르 필름을 제공한다.It is a feature of the present invention to orient the crystals of the resin molding of the film uniaxially in order to impart high gas barrier properties to the film. The most important factors for high gas barrier films are the crystallinity and orientation of the films. In the present invention, in order to optimize the crystallization element, the polyester polymer having a thermal orientation of 0.55 to 0.75 dl / g is formed of a first polymer resin layer and has molecular orientation in molten state on one surface of the first polymer resin layer. By forming the liquid crystal polymer into the second polymer resin layer, a polyester film having high gas barrier property is provided.
본 발명의 제1 고분자 수지층을 구성하는 폴리에스테르는 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 2-메틸-1,5-펜탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 파라-자이렌글리콜, 비스페놀A-에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌옥사이드글리콜과 같은 폴리하드록시와 테레프탈산, 이소프탈산, 오르토-프탈릭산, 프탈릭산, 4,4'-디페닐디카르복실산, 5-소듐-설포-이소프탈산, 파라-히드록시벤조산, 소바익산과 같은 디카르복실산을 사용하여 에스테르화 또는 에스테르 교환반응을 행한 후, 고온 및 고압하에서 축중합시키므로써 제조할 수 있다. 이러한 폴리에스테르의 극한점도는 0.55 내지 0.75dl/g인 것이 바람직한데, 극한점도가 0.55dl/g보다 낮으면 고분자의 결정화가 지나치게 빨리 진행되고 분자량이 작아 필름상태에서 부서지거나 찢어지는 등 후가공성이 불량해지며, 극한점도가 0.75dl/g보다 크면 고분자의 분자량이 너무 크므로 수지제조 자체가 어려워지며 필름 성형시 고점도로 인하여 균일한 쉬트를 얻기 어렵다.Polyester constituting the first polymer resin layer of the present invention is ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 2-methyl-1, Polyhydroxy and terephthalic acid, isophthalic acid such as 5-pentanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, para-xylene glycol, bisphenol A-ethylene glycol, polytetramethylene glycol, polytetramethylene oxide glycol Esters using dicarboxylic acids such as ortho-phthalic acid, phthalic acid, 4,4'-diphenyldicarboxylic acid, 5-sodium-sulfo-isophthalic acid, para-hydroxybenzoic acid, sobaic acid After carrying out the polymerization or transesterification, it can be prepared by condensation polymerization at high temperature and high pressure. It is preferable that the intrinsic viscosity of the polyester is 0.55 to 0.75 dl / g. If the intrinsic viscosity is lower than 0.55 dl / g, the crystallization of the polymer proceeds too fast and the molecular weight is small so that the workability such as breaking or tearing in the film state is poor. If the intrinsic viscosity is greater than 0.75dl / g, the molecular weight of the polymer is too large, making the resin itself difficult, and it is difficult to obtain a uniform sheet due to the high viscosity when forming the film.
이러한 제1 고분자 수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지로 형성된 것이 바람직하다. 이러한 수지는 물리화학적으로 안정하고, 기계적 강도가 우수하며 내열성, 내구성, 내약품성, 치수안정성이 양호하다.The first polymer resin layer is preferably formed of any one resin selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyethylene naphthalate. These resins are physicochemically stable, have good mechanical strength, and have good heat resistance, durability, chemical resistance, and dimensional stability.
본 발명의 제1 고분자 수지층을 형성하는데 있어서, 필름의 광택도나 가공성을 주기 위해 무기 미립자를 첨가할 수 있다. 이러한 무기 미립자는 폴리에스테르와 유사한 굴절률을 가지며 필름의 내부에서 형성되는 보이드가 적어 투명성이 개선되도록 하고, 필름 표면에 적당한 돌기를 형성하여 빛의 반사가 다소 불규칙적이어서 반짝거림이 없도록 그 종류 및 첨가량을 조절할 수 있다.In forming the 1st polymer resin layer of this invention, an inorganic fine particle can be added in order to give glossiness and processability of a film. These inorganic fine particles have a refractive index similar to that of polyester and have less voids formed inside the film to improve transparency, and form appropriate protrusions on the surface of the film so that the reflection of light is somewhat irregular so that the kind and amount of addition are not shiny. I can regulate it.
무기입자로는 이산화티탄, 탄산칼슘, 황산바륨, 실리카, 탈크, 제올라이트 등을 사용할 수 있으며 특히 실리카가 바람직하다.Titanium dioxide, calcium carbonate, barium sulfate, silica, talc, zeolite and the like can be used as the inorganic particles, and silica is particularly preferable.
무기입자의 평균입경은 실리카를 예로 들면 2.0 내지 6.5㎛이 바람직하며, 무기입자의 첨가량은 제1 고분자 수지층의 총중량을 기준으로 0.5 내지 3.5중량%인 것이 더욱 바람직하다. 무기입자의 첨가량이 0.5중량% 미만이면 필름의 투명성은 양호하나 광택도가 커지면서 필름간의 슬립성이 저하되므로 필름 가공성이 불량해진다. 무기입자의 첨가량이 3.5중량%를 초과하면 광택도는 적정하게 되나 빛의 투과율이 저하된다. 필름의 빛 투과율과 광택도를 고려할 때 가장 바람직한 무기입자, 특히 실리카의 첨가량은 1.0 내지 2.0중량%이며 평균입경은 3.0 내지 5.0㎛이다. 이러한 광택도 및 빛 투과율은 피착제의 색상이나 무늬에 따라 또는 사람 개인에 따라 원하는 정도가 달라지므로 특별히 한정하기는 어려우나 연한 색상의 경우 빛 투과율은 75 내지 95%, 광택도는 30 내지 50% 정도가 피착체의 색상도 살리고 눈부심이나 눈의 피로가 적은 수준이다.The average particle diameter of the inorganic particles is preferably 2.0 to 6.5 µm using silica as an example, and the amount of the inorganic particles added is more preferably 0.5 to 3.5% by weight based on the total weight of the first polymer resin layer. If the added amount of the inorganic particles is less than 0.5% by weight, the transparency of the film is good, but the glossiness increases, and thus the slipperiness between films decreases, resulting in poor film formability. If the added amount of the inorganic particles exceeds 3.5% by weight, the glossiness is appropriate, but the light transmittance is lowered. Considering the light transmittance and glossiness of the film, the addition amount of the most preferable inorganic particles, especially silica is 1.0 to 2.0% by weight and the average particle diameter is 3.0 to 5.0㎛. Such glossiness and light transmittance are not particularly limited because the desired degree varies depending on the color or pattern of the adherend or individual. However, in the case of light colors, the light transmittance is 75 to 95% and the glossiness is about 30 to 50%. The color of the adherend is also enhanced and there is little glare or eye fatigue.
본 발명의 제2 고분자 수지층은 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자로 형성되며 높은 가스 차단성을 갖는다.The second polymer resin layer of the present invention is formed of a polyester-based thermotropic liquid crystal polymer and has a high gas barrier property.
열방성 액정 고분자는 온도변화에 따라 액정상태를 형성하는 고분자로서 용융성형이 가능하며 고강도, 고탄성, 낮은 선형 열팽창계수 등의 우수한 기계적 성질을 갖고 있다. 특히, 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자는 모노머의 반복단위가 선형으로 된 로드-라이크(Rod-like) 형태이기 때문에 기계적 이방성을 가지고 결정 배향성이 우수하여, 이러한 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자로 제조한 필름의 경우 종래에 사용되는 폴리에스테르 필름, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름보다 200 내지 300배의 우수한 가스 차단성을 갖는다. 다만 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자 단독으로 필름을 성형하기에는 필름 가공성에 문제가 있으므로 본 발명에서는 통상적인 폴리에스테르로 제조한 제1 고분자 수지층에 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자를 적층하여 가공성이 양호하면서도 가스 차단성이 높은 필름을 제조하고자 하였다.Thermotropic liquid crystal polymer is a polymer that forms a liquid crystal state according to temperature change, and can be melt-molded and has excellent mechanical properties such as high strength, high elasticity, and low linear thermal expansion coefficient. In particular, since the polyester-based thermotropic liquid crystal polymer has a rod-like form in which the repeating unit of the monomer is linear, it has mechanical anisotropy and excellent crystal orientation. The film has a gas barrier property of 200 to 300 times better than that of a conventionally used polyester film such as polyethylene terephthalate film. However, there is a problem in film formability in forming a film using a polyester-based thermotropic liquid crystal polymer alone, but in the present invention, the polyester-based thermotropic liquid crystal polymer is laminated on a first polymer resin layer made of a conventional polyester, It was intended to produce a film with high gas barrier properties.
본 발명의 제2 고분자 수지층을 형성하는 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 p-히드록시벤조산과 6-히드록시-2-나프토산의 공중합체를 포함하는 것이 바람직하다.The polyester-based thermotropic liquid crystal polymer forming the second polymer resin layer of the present invention preferably includes a copolymer of p-hydroxybenzoic acid and 6-hydroxy-2-naphthoic acid represented by the following formula (1).
상기 화학식 1에서 x 및 y는 각각 p-히드록시벤조산(HBA)과 6-히드록시-2-나프토산(HNA)의 몰수임.In Formula 1, x and y are the moles of p-hydroxybenzoic acid (HBA) and 6-hydroxy-2-naphthoic acid (HNA), respectively.
본 발명의 열방성 액정 고분자로 사용되는 상기 화학식 1의 공중합체에는 예를 들어 x 및 y가 각각 73몰% 및 27몰%인 공중합체가 사용될 수 있다.As the copolymer of Chemical Formula 1 used as the thermotropic liquid crystal polymer of the present invention, for example, a copolymer having x and y of 73 mol% and 27 mol% may be used.
또한, 본 발명의 제2 고분자 수지층을 형성하는 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자로서 하기 화학식 2로 표시되는 p-히드록시벤조산과 에틸렌테레프탈레이트의 공중합체를 사용할 수 있다.In addition, a copolymer of p-hydroxybenzoic acid represented by the following formula (2) and ethylene terephthalate may be used as the polyester-based thermotropic liquid crystal polymer forming the second polymer resin layer of the present invention.
상기 화학식 2에서 x 및 y는 각각 p-히드록시벤조산(HBA)과 에틸렌테레프탈레이트(ET)의 몰수임.In Formula 2, x and y are the moles of p-hydroxybenzoic acid (HBA) and ethylene terephthalate (ET), respectively.
상기 p-히드록시벤조산과 에틸렌테레프탈레이트의 공중합체는 p-히드록시벤조산 60 내지 80몰% 및 에틸렌테레프탈레이트 20 내지 40몰%로 이루어진 것이 더욱 바람직하다.The copolymer of p-hydroxybenzoic acid and ethylene terephthalate is more preferably composed of 60 to 80 mol% of p-hydroxybenzoic acid and 20 to 40 mol% of ethylene terephthalate.
이와 같이, 본 발명의 제2 고분자 수지층을 형성하는 상기 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자로는 예를 들어 훽스트 셀라니즈사의 벡트라 에이 950, 유니티카사의 로드런 5000 및 3000. 아모코사의 자이드라, 듀퐁사의 HX를 들 수 있다.Thus, as the polyester-based thermotropic liquid crystal polymer forming the second polymer resin layer of the present invention, for example, Vectra A 950 from Hoechst Celanese, Rodrun 5000 and 3000 from Unitika, etc. And DuPont's HX.
본 발명의 가스차단성 폴리에스테르 필름의 두께는 특별히 한정되지 않으며 그 용도에 따라 달라질 수 있으나 10 내지 38㎛인 것이 바람직하다. 또한, 제1 고분자 수지층과 제2 고분자 수지층의 두께비 역시 특별히 한정되는 것은 아니나, 가스 차단성 및 필름의 물성을 고려할 때 4:1 내지 8:1인 것이 바람직하다.The thickness of the gas barrier polyester film of the present invention is not particularly limited and may vary depending on the use thereof, but is preferably 10 to 38 μm. In addition, the thickness ratio of the first polymer resin layer and the second polymer resin layer is not particularly limited, but is preferably 4: 1 to 8: 1 in consideration of gas barrier properties and film properties.
본 발명의 가스 차단성 폴리에스테르 필름은 예를 들어 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.The gas barrier polyester film of the present invention can be produced, for example, by the following method.
통상적인 방법으로 산성분과 디올성분을 축중합하여 제조한 극한점도 0.55 내지 0.75dl/g인 폴리에스테르 수지와, p-히드록시벤조산과 6-히드록시-2-나프토산 또는 p-히드록시벤조산과 에틸렌테레프탈레이트를 공중합시켜 얻은 공중합체를 각각 형성하여 용융시킨 다음, 이들을 피이드 블록에서 2층으로 적층하여 압출다이를 통해 토출한다. 이어서 냉각드럼에서 제1 고분자 수지층을 드럼면으로 하여 정전인가하면서 냉각시킨다. 이렇게 만들어진 쉬트를 용도에 따라 제품에 요구되는 연신비에 맞추어 축차로 2축연신한다. 또한, 경우에 따라서 열고정 단계를 더 실시하여 제1 고분자 수지층의 물성을 유지시키면서 제2 고분자 수지층의 결정화도 및 배향도를 더 증가시킬 수도 있다. 필름의 가공성을 고려할 때, 본 발명의 제1 고분자 수지층을 형성하는 폴리에스테르의 융점은 200 내지 250℃가 바람직하며, 제2 고분자 수지층을 형성하는 열방성 액정 고분자의 융점은 220 내지 280℃가 바람직하다.Polyester resins having an intrinsic viscosity of 0.55 to 0.75 dl / g prepared by condensation polymerization of an acid component and a diol component in a conventional manner, p-hydroxybenzoic acid and 6-hydroxy-2-naphthoic acid or p-hydroxybenzoic acid and ethylene Copolymers obtained by copolymerizing terephthalate are formed and melted, respectively, and these are laminated in two layers in a feed block and discharged through an extrusion die. Subsequently, the first polymer resin layer is used as a drum surface in a cooling drum and cooled while being electrostatically applied. The sheet thus produced is biaxially stretched sequentially according to the draw ratio required for the product according to the application. In addition, in some cases, the heat setting step may be further performed to further increase the crystallinity and orientation of the second polymer resin layer while maintaining the physical properties of the first polymer resin layer. Considering the processability of the film, the melting point of the polyester forming the first polymer resin layer of the present invention is preferably 200 to 250 ℃, the melting point of the thermotropic liquid crystal polymer forming the second polymer resin layer is 220 to 280 ℃. Is preferred.
본 발명의 가스 차단성 폴리에스테르 필름을 제조하는데 있어서 목적하는 높은 가스 차단성을 얻기 위해서는 필름의 결정화도 및 배향도를 높이기 위하여 다음과 같은 조건을 고려할 필요가 있다.In order to obtain the desired high gas barrier property in manufacturing the gas barrier polyester film of this invention, it is necessary to consider the following conditions in order to raise the crystallinity degree and orientation degree of a film.
첫째, 제1 고분자 수지층 및 제2 고분자 수지층을 형성하는 고분자의 비정질 타이 분자를 신장시켜야 한다.First, the amorphous tie molecules of the polymer forming the first polymer resin layer and the second polymer resin layer should be elongated.
둘째, 제2 고분자 수지층을 이루는 고분자 결정들을 일축일면으로 배향시켜야 한다.Second, the polymer crystals constituting the second polymer resin layer should be uniaxially oriented.
셋째, 필름을 형성하는 고분자 수지의 결정화도를 저하시키지 않아야 한다.Third, the crystallinity of the polymer resin forming the film should not be lowered.
따라서, 필름의 성형온도는 결정영역의 융점보다 낮으며, 비결정 영역의 유리전이온도보다 높아야 한다.Therefore, the forming temperature of the film must be lower than the melting point of the crystal region and higher than the glass transition temperature of the amorphous region.
결정영역의 융점보다 높은 온도에서 롤을 가지고 성형하는 것은 롤트루션(rolltrusion)과 같은 통상적인 방법이 잘 알려져 있으나, 이 방법에 의하면 결정영역이 용융되는 온도에서 신장하여 결정배향 정도가 낮아지므로 본 발명의 필름을 제조하는데는 적당치 않다. 즉, 지나치게 높거나 낮은 온도에서 필름을 성형하는 것은 가스 차단성을 향상시키는데 한계가 있다. 융점과 유리전이온도 사이에서는 융점에 가깝도록 성형온도를 높이는 것이 필름 성형성이 좋으나, 고분자의 융점은 저분자에 비해 명확히 나타나지 않으므로 융점 이하에서도 결정의 일부분이 용융될 수 있다. 따라서, 필름의 성형은 결정화 온도보다 약 10℃ 이하에서 실시하는 것이 바람직하다.Forming with a roll at a temperature higher than the melting point of the crystal region is well known in the art, such as roll extrusion, but according to this method, since the crystal region is stretched at the melting temperature, the degree of crystal orientation is lowered. It is not suitable for producing the film of the invention. That is, forming the film at an excessively high or low temperature is limited in improving gas barrier properties. It is good film formability to increase the forming temperature to be close to the melting point between the melting point and the glass transition temperature, but since the melting point of the polymer does not appear clearly compared to the low molecule, a part of the crystal may melt even below the melting point. Therefore, it is preferable to perform shaping | molding of a film about 10 degrees C or less than crystallization temperature.
필름의 연신율의 바람직한 범위는 다음과 같은 점을 고려하여 결정할 수 있다.The preferable range of the elongation of a film can be determined considering the following points.
결정성(엄밀하게는 반결정성) 수지의 미시적 변형 메카니즘은 비정질 영역의 변형(신장완화)과 결정영역의 회전 및 재배향, 결정영역의 전단변형(틸팅), 결정영역의 타이분자의 분자슬립 및 결정영역의 분리 또는 분정(segregation) 등의 순서로 이루어진다. 이들 미시적 과정에서의 일련적인 순서는 융점과 유리전이온도 사이의 온도에서 그대로 이루어진다. 본 발명의 필름에 있어서, 상기 변형 메카니즘의 초기변형 메카니즘, 즉 비정질 영역의 변형(신장완화)과 결정영역의 회전 및 재배향이 충분히 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 연신이 불충분하면 결정영역에서의 회전이 불충분하여 가스 차단성이 만족스럽지 못하게 된다. 연신이 과도하게 되면 결정영역으로부터 비정질 분자의 분자슬립이 개시되어 결정분리가 이루어지므로써 결정이 미세화되므로 결정화도가 낮아지게 된다. 따라서 필름의 가스 차단성 또한 낮아지게 된다.Microscopic deformation mechanisms of crystalline (strictly semicrystalline) resins include deformation of the amorphous regions (stretching relaxation), rotation and reorientation of the crystal regions, shear deformation of the crystal regions (tilting), molecular slips of Thai molecules in the crystal regions, and It is performed in the order of separation or segregation of crystal regions. The sequence of steps in these micro processes takes place at a temperature between the melting point and the glass transition temperature. In the film of the present invention, it is preferable that the initial deformation mechanism of the deformation mechanism, that is, deformation of the amorphous region (relaxation) and rotation and reorientation of the crystal region are sufficiently performed. In other words, insufficient stretching results in insufficient rotation in the crystal region, resulting in unsatisfactory gas barrier properties. When the stretching is excessive, the molecular slip of amorphous molecules is initiated from the crystal region and the crystal separation is performed, thereby reducing the crystallinity. Therefore, the gas barrier property of the film is also lowered.
이러한 점을 고려할 때, 본 발명에 따른 필름의 연신비는 필름의 배향도 특히, 제2 고분자 수지층의 구성물질인 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자의 배향도를 주된 파라미터로 하여 설정하는데, 통상 2 내지 5배가 바람직하다.In consideration of this point, the draw ratio of the film according to the present invention is set based on the degree of orientation of the film, in particular, the degree of orientation of the polyester-based thermotropic liquid crystal polymer which is a constituent of the second polymer resin layer. desirable.
축차연신에 따라 길이방향의 연신 후에 폭방향으로 연신을 하는 경우, 길이방향의 연신온도는 통상 90 내지 100℃가 바람직한데, 연신온도가 이보다 낮으면 제1 고분자 수지층의 연신이 불균일하고, 연신온도가 이보다 높으면 제2 고분자 수지층의 분자배향도가 낮아질 수 있다. 폭방향 연신시 연신온도는 길이방향의 연신온도와 적절히 조화를 이루어야 하는데, 통상 120 내지 140℃인 것이 바람직하다.When extending | stretching in the width direction after extending | stretching in the longitudinal direction according to sequential stretching, the extending | stretching temperature of the longitudinal direction is normally preferable to 90-100 degreeC, If extending | stretching temperature is lower than this, extending | stretching of a 1st polymer resin layer is uneven, and extending | stretching If the temperature is higher than this, the molecular orientation of the second polymer resin layer may be lowered. The stretching temperature at the time of stretching in the width direction should be in harmony with the stretching temperature in the longitudinal direction, but is preferably 120 to 140 ° C.
또한, 필름의 열안정성, 결정화도, 분자배향도 및 가스 차단성을 높이기 위하여 열고정 단계를 더 실시할 수 있는데, 180 내지 250℃에서 5 내지 10초 정도 실시하는 것이 바람직하다.In addition, a heat setting step may be further performed to increase the thermal stability, crystallinity, molecular orientation, and gas barrier properties of the film, and it is preferable to perform about 5 to 10 seconds at 180 to 250 ° C.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것이 아님은 물론이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, it is a matter of course that the scope of the present invention is not limited to the following examples.
[실시예]EXAMPLE
실시예 1Example 1
디카르복실산 성분으로 테레프탈산과, 디올 성분으로 에틸렌글리콜을 1:2 당량비로 혼합한 다음, 이 혼합물에 통상적인 중축합 촉매와 평균입경 1.5㎛의 실리카를 0.07중량% 투입하여 중축합 반응을 완료하여 고유점도 0.64dl/g인 폴리에스테르를 제조하였다.Terephthalic acid as a dicarboxylic acid component and ethylene glycol as a diol component were mixed in a 1: 2 equivalent ratio, and then 0.07% by weight of a conventional polycondensation catalyst and silica having an average particle diameter of 1.5 µm were added to the mixture to complete the polycondensation reaction. To prepare a polyester having an inherent viscosity of 0.64 dl / g.
제2 고분자 수지층을 형성하는 열방성 액정 고분자로서 73몰%의 p-히드록시벤조산과 27몰%의 6-히드록시-2-나프토산으로 이루어진 공중합체인 훽스트 셀라니즈(Hoechst Celaness)사의 벡트라 에이 950(Vectra A950)을 사용하였다.Vectra, Hoechst Celaness, a copolymer of 73 mol% p-hydroxybenzoic acid and 27 mol% 6-hydroxy-2-naphthoic acid, which is a thermotropic liquid crystal polymer forming a second polymer resin layer. A 950 (Vectra A950) was used.
상기 두 수지를 두개의 압출기를 통하여 용융, 압출시킨 다음 피이드 블록에서 2층으로 적층한 후, 통상의 티다이 및 2축연신 장치를 이용하여 길이방향으로 3.6배, 폭방향으로 4.0배 연신하였다. 이어서 220℃에서 열고정하여 12㎛의 두께를 가진 2축연신 공압출 폴리에스테르 필름을 제조하였다.The two resins were melted and extruded through two extruders, laminated in two layers in a feed block, and then stretched 3.6 times in the length direction and 4.0 times in the width direction using a conventional T-die and a biaxial stretching apparatus. Subsequently, heat setting was performed at 220 ° C. to prepare a biaxially stretched coextruded polyester film having a thickness of 12 μm.
실시예 2Example 2
제2 고분자 수지층을 형성하는 열방성 액정 고분자로서 80몰%의 p-히드록시벤조산과 20몰%의 에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 공중합체인 유니티카(Unitika)사의 로드란(Rodran) 5000을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.A thermotropic liquid crystal polymer forming the second polymer resin layer except that Rodika 5000 manufactured by Unitika, which is a copolymer composed of 80 mol% p-hydroxybenzoic acid and 20 mol% ethylene terephthalate, is used. Then, a film was prepared in the same manner as in Example 1.
실시예 3Example 3
제2 고분자 수지층을 형성하는 열방성 액정 고분자로서 60몰%의 p-히드록시벤조산과 40몰%의 에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 공중합체인 유니티카(Unitika)사의 로드란(Rodran) 3000을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.A thermotropic liquid crystal polymer for forming the second polymer resin layer, except that Rodran 3000 manufactured by Unitika, which is a copolymer composed of 60 mol% of p-hydroxybenzoic acid and 40 mol% of ethylene terephthalate, was used. Then, a film was prepared in the same manner as in Example 1.
실시예 4~5Examples 4-5
제2 고분자 수지층을 형성하는 열방성 액정 고분자로서 각각 아모코(Amoco Performance Products)사의 자이드라(Xydra) 및 듀퐁(Dupont)사의 HX를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.Films were prepared in the same manner as in Example 1, except that Xydra and Dupont's HX, each of which was used as the thermotropic liquid crystal polymer forming the second polymer resin layer, were used. It was.
비교예 1Comparative Example 1
디카르복실산 성분으로 테레프탈산과, 디올 성분으로 에틸렌글리콜을 1:2 당량비로 혼합한 다음, 이 혼합물에 통상적인 중축합 촉매를 첨가하여 중축합 반응을 완료하여 칩을 제조한 후, 용융압출 공정을 거쳐 비정형 쉬트를 제조하였다. 이어서 상기 비정형 쉬트를 종방향으로 100℃에서 3.6배 연신한 후, 130℃에서 횡방향(폭방향)으로 4.0배 연신하였다. 그런 다음, 230℃에서 7초동안 열고정하여 두께 12㎛의 단층 폴리에스테르 필름을 제조하였다.After mixing terephthalic acid as a dicarboxylic acid component and ethylene glycol as a diol component in a 1: 2 equivalent ratio, a polycondensation reaction was completed by adding a conventional polycondensation catalyst to the mixture to prepare a chip, followed by a melt extrusion process. After the amorphous sheet was prepared. Subsequently, the amorphous sheet was stretched 3.6 times at 100 ° C. in the longitudinal direction and then stretched 4.0 times at 130 ° C. in the lateral direction (width direction). Then, heat setting was performed at 230 ° C. for 7 seconds to prepare a single layer polyester film having a thickness of 12 μm.
비교예 2Comparative Example 2
비교예 1과 동일한 방법으로 제조한 비정형 쉬트를 종방향으로 100℃에서 3.6배 연신한 필름 일면에 폴리비닐리덴클로라이드 에멀젼을 물에 20.0중량% 분산시킨 수용성 조성액을 메이어 바 코팅방식으로 도포하였다. 이어서, 횡방향으로 130℃에서 4.0배 연신한 후 230℃에서 7초동안 열고정하여 두께 12㎛의 폴리비닐리덴클로라이드 도포 폴리에스테르 필름을 제조하였다.A water-soluble composition obtained by dispersing a polyvinylidene chloride emulsion in water at a concentration of 20.0% by weight on one surface of an amorphous sheet prepared in the same manner as in Comparative Example 1 at 3.6 ° C. in a longitudinal direction was applied by a Meyer bar coating method. Subsequently, the film was stretched 4.0 times at 130 ° C. in the transverse direction and then heat-set at 230 ° C. for 7 seconds to prepare a polyvinylidene chloride coated polyester film having a thickness of 12 μm.
비교예 3Comparative Example 3
비교예 1과 동일한 방법으로 두께 9㎛의 단층 폴리에스테르 필름을 제조한 후, 그 일면에 통상의 압출코팅 방식을 이용하여 3㎛의 에텔렌비닐알코올 공중합체 필름이 라미네이트된 필름을 제조하였다.After preparing a single-layer polyester film having a thickness of 9 ㎛ in the same manner as in Comparative Example 1, using a conventional extrusion coating method on one side was prepared a film laminated with a 3 ㎛ ethylene vinyl alcohol copolymer film.
비교예 4Comparative Example 4
에틸렌비닐알코올 공중합체 대신 폴리비닐알코올을 사용한 것을 제외하고는 비교예 4와 동일한 방법으로 실시하여 폴리비닐알코올 필름이 라미네이트된 필름을 제조하였다.A polyvinyl alcohol film was laminated in the same manner as in Comparative Example 4 except that polyvinyl alcohol was used instead of the ethylene vinyl alcohol copolymer.
비교예 5Comparative Example 5
비교예 1과 동일한 방법으로 두께 9㎛의 단층 폴리에스테르 필름을 제조한 후, 그 일면에 통상의 드라이 라미네이션 방식을 이용하여 프로필렌/부타디엔-1 공중합체(REXTAC of Rexene Co. of U.S.A.) 필름을 라미네이트하여 12㎛의 폴리에스테르-프로필렌/부타디엔-1 공중합체 라미네이션 필름을 제조하였다.After preparing a single-layer polyester film having a thickness of 9 μm by the same method as in Comparative Example 1, laminate a propylene / butadiene-1 copolymer (REXTAC of Rexene Co. of USA) film on one surface thereof using a conventional dry lamination method. To prepare a 12 μm polyester-propylene / butadiene-1 copolymer lamination film.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 필름의 산소 투과도 및 투습속도 평가는 ASTM 1434 및 ASTM F 372에 따라 모콘(MOCON)사의 OX-TRAN 장치를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타냈다.Oxygen permeability and moisture permeation rate of the films prepared according to the above Examples and Comparative Examples were measured using the OX-TRAN apparatus of MOCON, according to ASTM 1434 and ASTM F 372, the results are shown in Table 1.
표 1을 참조하면, 폴리에스테르 열방성 액정 고분자로 이루어진 제2 고분자 수지층을 적층한 본 발명의 폴리에스테르 필름은 산소 투과도 및 투습도가 낮아 가스 차단성이 우수하였다. 이것은 제2 고분자 수지층을 형성하는 열방성 액정 고분자의 결정화도 및 결정배향도가 커서 가스 차단성이 향상되었기 때문인 것으로 추측된다.Referring to Table 1, the polyester film of the present invention laminated the second polymer resin layer made of a polyester thermotropic liquid crystal polymer was low in oxygen permeability and moisture permeability was excellent gas barrier properties. This is presumably because the crystallinity and crystal orientation of the thermotropic liquid crystal polymer forming the second polymer resin layer are large, and thus the gas barrier property is improved.
한편, 비교예 2의 폴리비닐리덴클로라이드를 코팅한 폴리에스테르 필름의 경우 비교예 1의 일반적인 단층 폴리에스테르 필름에 비해 산소 투과도 및 투습도가 상당히 향상되었으나, 이 필름 분해시 발생되는 다이옥신 등으로 인한 환경오염의 문제가 심각하며, 비교예 3 내지 5에 따른 필름의 경우 가격이 비싸고 상대습도에 따라 가스 차단성이 변하는 문제점이 있다.On the other hand, in the case of the polyester film coated with polyvinylidene chloride of Comparative Example 2, the oxygen permeability and moisture permeability are significantly improved compared to the general single-layer polyester film of Comparative Example 1, but environmental pollution due to dioxin generated during decomposition of the film The problem is serious, the film according to Comparative Examples 3 to 5 is expensive and there is a problem that the gas barrier properties change depending on the relative humidity.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리에스테르계 열방성 액정 고분자로 이루어진 제2 고분자 수지층을 적층한 폴리에스테르 필름은 기계적 강도, 내열성, 내약품성, 치수 안정성 등 기본 특성이 우수할 뿐만 아니라 특히, 가스차단성이 매우우수하여 각종 포장재, 피복재료 및 보호재용으로 유용하다.As described above, the polyester film laminated with the second polymer resin layer made of the polyester-based thermotropic liquid crystal polymer according to the present invention is not only excellent in basic properties such as mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, dimensional stability, in particular, It has excellent gas barrier property and is useful for various packaging materials, coating materials and protective materials.
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