KR20010080399A - 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름 - Google Patents

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Abstract

에틸렌테레프탈레이트 단위 및/또는 에틸렌나프탈레이트 단위를 주된 구성성분으로 하는 폴리에스테르로 이루어지는 필름으로서, 이 필름의 융점이 180∼270℃, 물과의 접촉각이 70°∼120°, 면배향계수가 0.08∼0.15인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름. 이 필름은, 반복사용이나 성형가공 후의 사용, 수분위기에서의 사용 후에도 우수한 이형성을 발현하고, 또 분산이 작고, 안정한 성능을 발휘하는 필름에 관한 것으로, 특히 강철이나 알루미늄 등의 금속판에 적층후, 성형가공되는 금속관내면용으로 사용될 때에, 내용물의 비부착성에 우수하고, 내열성, 가공성을 겸비한 것이다.

Description

성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름{BIAXIALY ORIENTATED POLYESTER FILM FOR FORMING}
폴리에스테르필름은 그 우수한 특성때문에 여러가지의 용도로 사용되고 있다. 그러나 폴리에스테르의 분자골격때문에 이형성에는 부족하여, 그 특성을 부여하는데에는 이형성분을 표면에 코팅하는 기술을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 가공에 의해 표면이 변형을 받기 때문에 성능이 저하하거나, 코팅층 자체의 강도가 부족하는 등의 이유로 반복사용하는 경우에 성능이 저하하는 등의 결점이 있었다. 또한 이형층과 폴리에스테르층의 접착력이 부족하기 때문에, 수분위기에서의 사용이나 레토르트, 보일이라는 처리후에는 성능이 현저하게 저하하는 등의 문제도 있었다. 후자에 대해서는 프레임층을 설치하거나, 코팅층에서 2성분을 촉매 등으로반응시켜 해결하는 것이 제안되어 있지만, 식품용도로 사용할 때에는 부적당할 뿐만 아니라, 생산성이 저하하는 등의 문제가 있고, 상기와 같은 다양한 사용조건하에서 안정하고 성능을 만족시키는 것은 곤란하였다. 또 한편, 금속관 등의 용기는 폭넓게 세상에 보급되어, 우리의 생활에 빠져서는 않되는 것으로 되어있고, 종래, 금속관의 관내면 및 외면은 부식방지를 목적으로, 에폭시계, 페놀계 등의 각종 열경화성 수지를 용제에 용해 또는 분산시킨 도료를 도포하고, 금속표면을 피복하는 것이 폭넓게 쓰였다. 그러나, 이와 같은 열경화성 수지의 피복방법은, 도료의 건조에 장시간을 요하고, 생산성이 저하하거나, 다량의 유기용제에 의한 환경오염 등 바람직하지 않은 문제가 있다.
이들 문제를 해결하는 방법으로는, 금속관의 재료인 강판, 알루미늄판 또는 이 금속판에 도금 등의 각종의 표면처리를 실시한 금속판에 필름을 적층하는 방법이 있다. 그리고, 필름의 적층금속판을 드로잉성형이나 아이어닝성형하여 금속관을 제조하는 경우, 필름에는, 다음과 같은 특성이 요구된다.
(1) 금속판으로의 적층성에 우수한 것.
(2) 금속판과의 밀착성에 우수한 것.
(3) 성형성에 우수하고, 성형후에 핀홀 등의 결점이 생기지 않는 것.
(4) 금속관에 대한 충격에 의해서, 폴리에스테르필름이 박리되거나, 크랙, 핀홀이 발생하거나 하지 않는 것.
(5) 관의 내용물의 향성분이 필름에 흡착하거나, 필름으로부터의 용출물에 의해서 내용물의 풍미가 손상되지 않는 것(이하, 미특성으로 기재한다).
(6) 내용물이 관측벽이나 관바닥에 견고하게 부착하지 않아, 양호하게 꺼낼수 있는 것(이하, 비부착성이라 기재한다).
이들 요구를 해결하기 위해서, 지금까지 많은 제안이 되어 왔고, 예컨대, USP5240779, USP5384354에서는 특정한 밀도와 면배향계수를 보유하는 공중합폴리에스테르필름이나 특정한 폴리에스테르성분의 조합에 의한 폴리에스테르필름이 개시되어 있다. 그러나, 이들 제안은 상기와 같은 다기에 걸치는 요구특성을 반드시 종합적으로 만족할 수 있는 것은 아니고, 특히 우수한 적층성, 내충격성, 내열성을 나타내고, 또한 비부착성이 요구되는 용도로 이들 특성을 동시에 살리는 것은 곤란하였다.
본 발명은, 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름에 관해, 반복사용이나 성형가공 후의 사용, 수분위기에서의 사용 후에도 우수한 이형성을 발현하고, 또 분산이 작고, 안정한 성능을 발휘하는 필름에 관한 것으로, 특히 강철이나 알루미늄 등의 금속판에 적층 후, 성형가공되는 금속관내면용으로 사용될 때에, 내용물의 비부착성이 우수하고, 내열성, 가공성을 겸비한 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 상기 종래기술의 문제점을 해결하는 것에 있고, 반복사용이나 성형가공후의 사용, 수분위기에서의 사용 후에도 우수한 이형성을 발현하고, 또 분산이 작고, 안정한 성능을 발휘하고, 특히 적층성, 성형가공성, 내충격성, 및 비흡착성에 우수한 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서는, 물과의 접촉각이나 표면자유에너지가 미치는 범위로 하기 위해, 왁스화합물이나 실리콘화합물을 첨가하는 것이 바람직하다. 왁스화합물 등의 첨가량은 0.001∼5중량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1∼2중량%, 특히 바람직하게는 0.3∼1.5중량%이다. 여기에서 왁스화합물로는, 예컨대, 지방족카르복실산화합물과 지방족알콜화합물의 에스테르화합물이나, 지방족카르복실산화합물과 지방족아민화합물의 아미드화합물 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 왁스를 구성하는 총 탄소수가 30∼120의 화합물이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40∼100이다. 이 형태의 화합물로는, 예컨대, 스테아릴스테아레이트, 카나우바왁스, 칸델라왁스, 라이스왁스, 펜타에리스리톨플루에스테르, 베헤닐베헤네이트, 팔미틸미스테이트, 스테아릴트리글리세리드라는 지방족에스테르 등으로 이루어지는 합성 또는 천연왁스 등이 폴리에스테르와의 상용성의 점에서 바람직하다. 또한, 실리콘화합물로는, 주쇄 또는 측쇄에 실리콘골격을 보유하는 것 등을 사용할 수 있고, 그 중에서도 분자량이 50∼10000의 것이 바람직하다.
특히, 반복사용이나 성형가공후의 사용, 수분위기에서의 사용 후에도 우수한 이형성, 비흡착성을 발현시켜, 포장식품용도 등으로의 사용에 있어서의 위생성을 향상시키는 점에서, 카나우바왁스를 첨가하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 정제카나우바왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 필름중에서의 카나우바왁스화합물 등의 첨가량은, 0.1∼2중량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2∼0.9중량%, 특히 바람직하게는 0.3∼0.8중량%이다.
본 발명에 있어서의 폴리에스테르에 카나우바왁스를 첨가함유하는 방법을 예의 검토한 결과, 카나우바왁스의 분산성을 향상시켜 안정한 성능을 발현시키는 점이나 필름을 제막하는 공정에서의 더러움을 억제하는 점에서 하기 형태의 중합공정으로 첨가하는 방법이 바람직하다.
(1) 폴리에스테르중합시에 카나우바왁스를 첨가하는 방법.
(2) 카나우바왁스를 다중으로 첨가한 마스터폴리머(카나우바왁스 마스터폴리에스테르)를 중합에 의해서 제조하고, 카나우바왁스를 함유하지 않거나 또는, 소량함유하는 폴리에스테르(희석폴리에스테르)를 소정량 혼합하고, 뒤섞는 방법. 더욱이, 본 발명에 있어서, 카나우바왁스를 첨가한 폴리에스테르를 존재시키는 경우, 특히 게르마늄촉매를 사용하여 중합하는 것이 분산성 향상의 점에서 특히 바람직하고, 게르마늄원소를 1∼200ppm함유하고 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10∼100ppm, 특히 바람직하게는 20∼80ppm이다. 또한 (2)의 방법으로 필름을 얻는 경우, 카나우바왁스 마스터폴리머는 상기와 같이 게르마늄촉매를 사용하는 것이 바람직하지만, 희석폴리에스테르는 게르마늄촉매에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 왁스를 폴리머중에 첨가하는 조정방법이나 마스터폴리머를 사용하는 방법이나 복합 등의 필름구성에 의존하지만, 게르마늄원소는 필름중에 0.1∼200ppm함유하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1∼200ppm, 한층 바람직하게는 10∼100ppm, 특히 바람직하게는 20∼80ppm이다.
이 목적에 부합하는 본 발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름은, 에틸렌테레프탈레이트 단위 및/또는 에틸렌나프탈레이트 단위를 주된 구성성분으로 하는 폴리에스테르로 이루어지는 필름으로서, 그 필름의 융점이 180∼270℃, 물과의 접촉각이 70°∼120°, 면배향계수가 0.08∼0.15인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름이다.
또한, 본 발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름의 바람직한 상태로는, 표면자유에너지가 20∼40mN/m인 것, 왁스화합물 및/또는 실리콘화합물을 0.1∼2중량% 함유하는 것, 필름중에 포함된 무기입자 및/또는 유기입자가 0.2∼5중량%인 것, 카나우바왁스를 0.1∼2중량%, 게르마늄원소를 1∼200ppm 함유하는 것,게르마늄원소를 1∼200ppm 함유하고 카나우바왁스를 1∼10중량% 함유하는 마스터원료를 희석하여 제조되는 것, 적어도 한쪽면이 상기 폴리에스테르필름으로 이루어지는 2층 이상의 구성으로 이루어지는 적층필름인 것을 들수 있고, 이 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름은, 바람직하게는, 포장용도나 금속판에 접착시켜서 사용된다.
본 발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름은, 에틸렌테레프탈레이트 단위 및/또는 에틸렌나프탈레이트 단위를 주된 구성성분으로 하는 폴리에스테르이다.
본 발명에 있어서의 에틸렌테레프탈레이트단위 및/또는 에틸렌나프탈레이트단위를 주된 구성성분으로 하는 폴리에스테를로는, 70몰% 이상을 에틸렌테레프탈레이트 단위 및/또는 에틸렌나프탈레이트 단위로 하는 폴리에스테르이고, 내열성, 내충격성 향상의 점에서 85몰% 이상인 것이 바람직하고, 더욱이는 95몰% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 다른 디카르복실산성분 및/또는 글리콜성분을 공중합하여도 좋고, 디카르복실산 성분으로는, 예컨대, 이소프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 디페닐디카르복실산, 디페닐술폰카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 5-나트륨술포이소프탈산, 프탈산 등의 방향족 디카르복실산, 옥살산, 숙신산, 아디프산, 세바신산, 이합산, 말레인산, 푸마르산 등의 지방족디카르복실산, 시클로헥신디카르복실산 등의 지환족 디카르복실산, p-옥시안식향산 등의 옥시카르복실산 등을 사용할 수 있다.한편, 글리콜성분으로는, 예컨대, 프로판디올, 부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 네오펜틸글리콜 등의 지방족글리콜, 시클로헥산디메탄올 등의 지환족 글리콜, 비스페놀A, 비스페놀S 등의 방향족글리콜, 디에틸렌글리콜 등이 사용될 수 있다. 더욱이, 이들 디카르복실산성분, 글리콜성분은 2종 이상을 병용할 수 있다.
또한, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한에서, 본 발명에서 사용되는 폴리에스테르 또는 공중합폴리에스테르에, 트리메리트산, 트리메신산, 트리메틸올프로판 등의 다과능화합물을 공중합할 수 있다.
본 발명에서, 바람직하게 공중합되는 성분은, 부탄디올, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 시클로헥산디메탄올, 세바신산, 아디프산, 이합산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르복실산 등의 성분이다.
본 발명에서는, 내열성 및 성형성의 점에서, 필름의 융점이 180∼270℃인 것이 필요하고, 또한 성형가공후의 경시변화를 억제하는 점에서, 필름의 융점이 246∼265℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 250∼260℃이다.
본 발명에 있어서, 적층성, 성형성, 및 내충격성의 관점에서, 이축연신필름의 면배향계수(fn)가 0.08∼0.15의 범위안인 것이 필요하다. 면배향계수가 미치는 범위보다 작으면 내충격성이 악화하고, 미치는 범위보다 크면 적층성이 악화되고, 또한 성형가공성도 악화한다. 내충격성 및 성형가공성의 점에서는, 면배향계수가 0.120∼0.145의 범위안이면 특히 바람직하다.
본 발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름은, 적층성과 성형성의 관점에서, 필름길이방향의 굴절율(nX)과 폭방향의 굴절율(nY)의 차(복굴절:Δn = nX- nY)가, -0.001∼-0.050의 범위안에 있으면 바람직하고, Δn이 -0.005∼-0.02의 범위인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 이형성, 비부착성의 점에서, 물과의 접촉각이 70°∼120°인 것이 필요하고, 보다 바람직하게는 75°∼110°, 더욱 바람직하게는 80°∼100°, 특히 바람직하게는 85°∼100°이다. 물과의 접촉각이 120°를 초과하면 미끄러져 지나기 위한 필름의 감아붙임성, 가공성이 뒤떨어지거나, 적층에서의 닙(nip)이나 성형가공에 있어서의 결점이 안정하지 않는 것이 있다.
또한, 본 발명에서는, 표면자유에너지가 20∼40mN/m인 것이 이형성, 비부착성을 한층 향상시키는 점에서 바람직하고, 보다 바람직하게는 22∼38mM/m, 25∼35mM/m이다.
본 발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름의 필름구성으로는, 물론 단층이어도 좋지만, A/B의 2층, A/B/A 또는 A/B/C의 3층, 더욱이는 3층보다 다층의 적층구성이어도 좋고, 적층두께비도 임의로 설정할 수 있지만, 바람직하게는 A/B의 2층이다.
여기에서, 비강판면과 이루는 A층이 비부착성을 발현하는 층이다. 적층에 의해 비부착성을 발현시키는 A층에, 상기 왁스화합물이나 실리콘화합물의 첨가, 또는 A층측만 코팅을 실시하는 것은 비부착면으로의 이면전사억제나 가공성, 생산성 향상의 점에서 바람직하다.
본 발명에서는, 내열성과 가공수의 내충격성의 점에서, 에틸렌테레프탈레이트 단위 및/또는 에틸렌나프탈레이트 단위를 주된 구성성분으로 하는 폴리에스테르를 이축연신화하는 것이 필요하다. 이축연식의 방법으로는, 주입연신, 동시이축연신, 또는 축차이축연신의 어느 것이라도 좋지만, 동시이축연신 또는 이축연신이 바람직하다.
또한 본 발명에서는, 가공성의 점에서, 100℃에서의 길이방향과 폭방향의 평균파단연신도가 200∼500%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 250∼450%이다.
또한, 내충격성과 가공성을 각 방향으로 균일하게 하는 점에서, 100℃에서의 길이방향의 파단연신도와 폭방향의 파단연신도의 차의 절대치가, 50%이하인 것이 더욱 바람직하고, 특히 바람직하게는 40%이하이다. 더욱이는, 100℃에서의 길이방향에서 시계방향으로 45도 기울어진 방향의 파단연신도와 135도 기울어진 방향의 파단연신도의 평균이, 200∼500%이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 250∼450%이다. 또한, 100℃에서의 길이방향의 파단연신도와 길이방향에서 시계방향으로 45도 기울어진 방향의 파단연신도의 차의 절대치가 50%이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 40%이하이다. 여기에서, 파단연신도는, 텐시론(인장시험기)을 사용하여, 인장속도 500mm/min, 폭 10mm, 시료길이 50mm, 100℃, 65%분위기에서 파단연신도(%)를 측정한 것이다.
본 발명에서는, 가공성 및 내열성의 점에서, 폴리에스테르의 고유점도가 0.4∼1.5dl/g이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5∼1.3dl/g, 특히 바람직하게는 0.6∼1.2이다.
본 발명에 있어서, 필름의 밀도가 1.35∼1.41g/㎤인 것이, 가공성을 양호하게 하는 점에서 바람직하고, 특히 바람직하게는 1.36∼1.4g/㎤이다. 밀도가 지나치게 낮으면, 주름 등에 의해 성형성이 악화하고, 밀도가 지나치게 높으면 가공성에 불규칙이 생긴다.
본 발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름을 구성하는 폴리에스테르를 제조할 때에는, 반응촉매를 사용할 수 있다. 반응촉매로는, 예컨대, 알칼리금속화합물, 알칼리토금속화합물, 아연화합물, 납화합물, 망간화합물, 코발트화합물, 알루미늄화합물, 안티몬화합물, 티탄화합물 등, 착색방지제로는 예컨대 인화합물 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는, 통상 폴리에스테르의 제조가 완결되기 이전의 임의의 단계에서, 중합촉매로서 안티몬화합물 또는 게르마늄화합물, 티탄화합물을 첨가하는 것이 바람직하다.
이와 같은 방법으로는, 예컨대, 게르마늄화합물을 예로 들면, 게르마늄화합물분체를 그대로 첨가하는 방법이나, 또는 특허공고 소54-22234호 공보에 기재되어 있듯이, 폴리에스테르의 출발원료인 글리콜성분중에 게르마늄화합물을 용해시켜서 첨가하는 방법 등을 열거할 수 있다. 게르마늄화합물로는, 예컨대, 이산화게르마늄, 결정수함유 수산화게르마늄, 또는 게르마늄테트라메톡시드, 게르마늄테트라에톡시드, 게르마늄테트라부톡시드, 게르마늄에틸렌글리콕시드 등의 게르마늄알콕시드화합물, 게르마늄페놀레이트, 게르마늄β-나프톨레이트 등의 게르마늄페녹시드화합물, 인산게르마늄, 아인산게르마늄 등의 인산함유게르마늄화합물, 초산게르마늄 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 이산화게르마늄이 바람직하다. 안티몬화합물로는, 예컨대, 삼산화안티몬 등의 안티몬산화물, 초산안티몬 등이 사용될 수 있다. 티탄화합물로는, 테트라에틸티타네이트, 테트라부틸티타네이트 등의 알킬티타네이트화합물 등이 바람직하게 사용된다.
다음으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 제조할 때에, 게르마늄화합물로서 이산화게르마늄을 첨가하는 경우를 설명한다. 테레프탈산성분과 에틸렌글리콜을 에스테르교환 또는 에스테르화 반응시켜, 이어서 이산화게르마늄, 인화합물을 첨가하고, 계속 고온, 감압하에서 일정의 디에틸렌글리콜 함유량으로 될 때까지 중축합반응시켜, 게르마늄원소함유중합체를 얻는다. 더욱이, 바람직하게는 얻어진 중합체를 그 융점이하의 온도에서 감압 또는 불활성가스분위기하에서 고상중합반응시켜, 아세트알데히드의 함유량을 감소시켜, 소정의 고유점도, 카르복실말단기를 얻는 방법 등을 열거할 수 있다.
본 발명에서는, 왁스와의 상용성을 향상시키는 점에서, 폴리에스테르의 카르복실말단기량이 30∼55당량/톤인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 35∼50당량/톤, 특히 바람직하게는 40∼48당량/톤이다.
또한, 본 발명에 있어서의 폴리에스테르는, 바람직하게는 디에틸렌글리콜성분량이 0.01∼4중량%, 더욱 바람직하게는 0.01∼3중량%, 특히 바람직하게는 0.01∼2중량%인 것이 위생성, 경시후나 가공으로 열이력을 받아도 양호한 위생성을 유지하는 점에서 바람직하다. 더욱이, 산화방지제를 0.0001∼1중량% 첨가하여도 좋다. 또한, 특성을 손상하지 않는 범위에서 디에틸렌글리콜을 폴리머제조시에 첨가하여도 좋다.
또한, 위생성을 양호하게 하는 점에서, 필름중의 아세트알데히드의 함유량은, 바람직하게는 30ppm이하, 더욱 바람직하게는 25ppm이하, 특히 바람직하게는20ppm이하가 바람직하다. 필름중의 아세트알데히드의 함유량을 30ppm이하로 하는 방법은, 예컨대, 폴리에스테르를 중축반응 등으로 제조할 때의 열분해에 의해서 생기는 아세트알데히드를 제거하기 위해, 폴리에스테르를 감압하 또는 불활성가스분위기하에서, 폴리에스테르의 융점이하의 온도에서 열처리하는 방법, 바람직하게는 폴리에스테르를 감압하 또는 불활성 가스분위기하에서 150℃이상, 융점이하의 온도에서 고상중합하는 방법, 진공벤트식 압출기를 사용하여 용융압출하는 방법, 폴리머를 용융압출할 때에 압출온도를 고융점 폴리머측의 융점+30℃이내, 바람직하게는 융점+25℃로, 단시간, 바람직하게는 평균체류시간 1시간이내에서 압출하는 방법 등에 의해 실시할 수 있다.
본 발명에 있어서의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름의 제조방법으로는, 예컨대, 각 폴리에스테르를 필요에 따라서 건조한 후, 공지의 용융압출기에 공급하고, 슬릿형상의 다이로 시트형상으로 압출하고, 정전인가 등의 방식에 의해 캐스팅드럼에 밀착시켜, 냉각고화하여 미연신시트를 얻는다. 연신방법으로는, 동시이축 또는 축차이축연신의 어느 것으로도 좋지만, 그 미연신시트를 필름의 길이방향 및 폭방향으로 연신, 열처리하여, 목적으로 하는 면배향도의 필름을 얻는다. 바람직하게는 필름의 품질의 점에서 스텐터(stenter)방식에 의한 것이 바람직하고, 길이방향으로 연신한 후, 폭방향으로 연신하는 축차이축연신방식, 길이방향, 폭방향을 거의 동시에 연신되어가는 동시이축연신방식이 바람직하다. 연신배율로서는 각각의 방향으로 1.5∼4.0배, 바람직하게는 1.8∼4.0배이다. 길이방향, 폭방향의 연신배율은 어느 쪽을 크게 하여도 좋고, 동일하게 하여도 좋다.
또한, 연신속도는 1,000%/분∼200,000%/분인 것이 바람직하고, 연신온도는 폴리에스테르의 유리전이온도이상 유리전이온도+80℃이하이면 임의의 온도로 할 수 있지만, 통상은 80∼150℃가 바람직하다.
더욱이, 이축연신 후에 필름의 열처리를 실시하지만, 이 열처리는 오븐속, 가열된 롤위 등, 종래 공지의 임의의 방법으로 실시할 수 있다. 열처리온도는 통상 120℃이상 245℃이하의 임의의 온도로 할 수 있지만, 바람직하게는 120∼240℃이다. 또한, 열처리시간은 임의로 할 수 있지만, 통상 1∼60초간 실시하는 것이 바람직하다. 열처리는, 필름을 그 길이방향 및/또는 폭방향으로 이완시키면서 실시해도 좋다. 더욱이, 재연신을 각방향에 대해서 1회 이상 실시해도 좋고, 그 후 열처리를 실시해도 좋다.
또한, 본 발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름의 비부착성, 취급성이나 가공성을 향상시키기 위해서 필름중에 내부입자, 무기입자, 유기입자를 사용하는 것이 필요하고, 그 첨가량은 0.005∼10중량%이지만, 특히 필름중에 함유되는 무기입자 및/또는 유기입자가 0.2∼5중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3∼4중량%이다. 그 중에서도 평균입자지름 0.01∼10㎛의 무기입자 및/또는 유기입자 등의 이른바 외부입자를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 평균입자지름 0.1∼5㎛의 무기입자 및/또는 유기입자가 관내면에 사용되는 필름중에 첨가되어 있는 것이 바람직하다. 내부입자의 석출방법으로는, 예컨대 특허공개 소48-61556호 공보, 특허공개 소51-12860호 공보, 특허공개 소53-41355호 공보, 특허공개 소54-90397호 공보 등에 기재의 기술이 열거된다. 더욱이 특허공개 소55-20496호 공보,특허공개 소59-204617호 공보 등의 다른 입자와의 병용도 실시할 수 있다.
10㎛를 초과하는 평균입자지름을 보유하는 입자를 사용하면, 필름의 결함이 생기기 쉽게 되기 때문에 바람직하지 않다. 무기입자 및/또는 유기입자로는, 예컨대, 습식 및 건식 실리카, 콜로이드실리카, 규산알루미늄, 산화티탄, 탄산칼슘, 인산칼슘, 화산바륨, 알루미나, 마이카, 카올린, 점토 등의 무기입자 및 스티렌, 실리콘, 아크릴산류 등을 구성성분으로 하는 유기입자 등을 열거할 수 있다. 그 중에서도, 습식 및 건식 콜로이드형상 실리카, 알루미나 등의 무기입자 및 스티렌, 실리콘, 아크릴산, 메타크릴산, 폴리에스테르, 디비닐벤젠 등을 구성성분으로 하는 유기입자 등을 열거할 수 있다. 이들 내부입자, 무기입자 및/또는 유기입자는 2종이상을 병용하여도 좋다.
더욱이, 밀착성의 점에서는, 중심선평균조도 Ra는, 바람직하게는 0.005∼0.1㎛, 더욱 바람직하게는 0.008∼0.05㎛이다. 더욱이, 최대조도 Rt와의 비 Rt/Ra가 1∼100, 바람직하게는 5∼50이면 고속가공성이 향상한다.
또한, 한쪽면으로 접착력이 필요하게 되는 경우, 코로나방전처리 등의 표면처리를 실시함으로써 접착성을 향상시키는 것도 가능하고, 그 때의 코로나방전처리강도로는 5∼50Wㆍmin/m2가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10∼45 Wㆍmin/m2이다.
발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름에는, 대전방지제, 열안정제, 산화방지제, 결정핵제, 내후제, 자외선흡수제 등의 첨가제를 본 발명의 목적을 손상하지 않는 정도에서 사용할 수 있다. 또한, 엔보싱가공, 샌드매트가공 등의 표면요철가공, 또는 코로나방전처리, 플라즈마처리, 알칼리처리 등의 표면처리를 필요에 따라서 실시하여도 좋다. 더욱이, 본 발명의 필름에 이접착처리제, 대전방지제, 수증기ㆍ가스배리어제(폴리염화비닐리덴 등), 점착제, 접착제, 난연제, 자외선흡수제, 매트화제, 안료, 염료 등의 코팅이나 인쇄를 실시해도 좋고, 알루미늄, 산화알루미늄, 산화규소, 팔라듐 등의 금속이나 그 화합물을 차광, 수증기ㆍ가스배리어, 표면도전성, 적외선반사 등의 목적으로 진공증착하여도 좋고, 그 목적, 방법에 대해서는 상기에 한정되지 않는다.
본 발명의 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름은, 성형가공용에 바람직하게 사용할 수 있고, 예컨대, 금속판이나 종이 등에 접착시켜, 가공되는 용기용도에 바람직하다. 특히, 단백질(예컨대, 고기나 알)을 함유하는 식품을 보존하기 위한 금속판접착성형가공용 필름으로 바람직하게 사용할 수 있다.
이하에 본원 발명의 실시예에 대해서 설명하지만, 이들 실시예는 어떠한 의미에 있어서도 본원 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다.
더욱이, 특성은 이하의 방법에 따라서 측정, 평가하였다.
(1) 융점(Tm)
융점은, (표차주사형 열량계 DSC2 (파킨엘머사 제)를 사용하여 측정하였다. 샘플 10mg을 질소기류하에서 280℃, 5분간 용융유지하고, 그 다음에 액체질소로 급냉하였다. 얻어진 샘플을 10℃/분의 속도로 승온하는 과정에서, 결정융해에 기인하는 흡열피크온도를 융점(Tm)으로 하였다.
(2) 카르복실말단기량
필름을 오르토크레졸/클로로포름(중량비 7/3)에 95℃에서 용해하여, 알칼리에서 전위차측정하여 구하였다.
(3) 고유점도
폴리에스테르를 오르토클로로페놀에 용해하여, 25℃에서 측정하였다.
(4) 필름연신-Ⅰ
필름의 연신을, ASTM-D-882-81(A법)에 준해서 100℃에서 측정하여, 하기에 따라 가공성을 판정하였다. A급과 B급이 합격이다.
A 급 : 길이방향과 폭방향의 평균파단연신도가 300∼500%
B 급 : 길이방향과 폭방향의 평균파단연신도가 200∼300%
C 급 : 길이방향과 폭방향의 평균파단연신도가 0∼200%.
(5) 필름연신-Ⅱ
필름의 연신도를, ASTM-D-882-81(A법)에 준해서 100℃에서 측정하였다. 하기에 따라 가공성을 판정하였다. A급과 B급이 합격이다. 내충격성의 지표로 된다.
A 급 : 길이방향과 폭방향의 평균파단연신도의 차가 0∼50%
B 급 : 길이방향과 폭방향의 평균파단연신도가 50∼100%
C 급 : 길이방향과 폭방향의 평균파단연신도가 100%이상.
(6) 필름연신-Ⅲ
필름의 연신도를, ASTM-D-882-81(A법)에 준해서 100℃에서 측정하여, 하기에 따라 가공성을 판정하였다. A급과 B급이 합격이다.
A 급 : 길이방향에서 시계방향으로 45도 기울어진 방향의 파단연신도와 135도 기울
어진 방향의 평균파단연신도가 300∼500%
B 급 : 길이방향에서 시계방향으로 45도 기울어진 방향의 파단연신도와 135도 기울
어진 방향의 평균파단연신도가 200∼300%
C 급 : 길이방향에서 시계방향으로 45도 기울어진 방향의 파단연신도와 135도 기울
어진 방향의 평균파단연신도가 0∼200%.
(7) 물과의 접촉각
공지의 방법에 의해, 측정액으로 물을 사용하고, 접촉각계(협화계면과학 (주)제 CA-D형)를 사용하여, 물의 필름표면에 대한 정적접촉각을 구하였다.
(8) 표면자유에너지
공지의 방법에 의해, 측정액으로는, 물, 에틸렌글리콜, 포름아미드의 3종류를 사용하고, 접촉각계(협화계면과학 (주) 제 CA-D형)를 사용하여 각 액체의 필름표면에 대한 정적접촉각을 구하였다. 각각의 액체에 대해서 10회 측정하여, 그 평균접촉각( θ)와 측정액(j)의 표면장력의 각 성분을 아래 식에 각각 대입하여, 3개의 식으로 이루어지는 연립방정식을 γL, γ+, γ-에 대해서 풀었다.
(γL γjL) 1/2 + 2 (γ+γj-) 1/2 + 2 (γj+γ-) 1/2
= (1 + cosθ)[γjL + 2 (γj + γj-) 1/2] /2
(단, γ= γL + 2 (γ+ γ-) 1/2
γj = γjL + 2 (γj + γj-) 1/2)
여기에서, γ, γL, γ+, γ- 는, 각각 필름표면의 표면자유에너지, 장거리간력항, 루이스산 파라미터, 루이스염기 파라미터를 표시하고, 또한, γj, γjL,γj +, γJ -는, 각각, 사용한 측정액의 표면자유에너지, 장거리간력항, 루이스산파라미터, 루이스염기 파라미터를 표시한다. 또한, 여기에서 사용한 각 액체의 표면장력은, Oss("fundamentals of Adhesion", L. H. Lee(Ed.), p153, Plenum ess, New York (1991).)에 의해서 제안된 값을 사용하였다.
(9) 면배향계수
면배향계수는, 나트륨D선(파장 589nm)을 광원으로 하고, 아베굴절계를 사용하여 측정하였다. 길이방향, 폭방향, 두께방향의 굴절율(Nx, Ny, Nz)로부터 얻어지는 면배향계수 fn = (Nx + Ny)/2 - Nz를 계산하여 구하였다.
(10) 가공성
필름의 융점+30℃로 가열한 TFS강판(두께 0.2mm)에 70m/분으로 적층 후, 50℃의 수조에서 냉각하였다. 그 적층 강판을 환원율 20%로 성형하고, 얻어진 관의 모양에 따라 하기와 같이 가공성을 판정하였다.
A급: 필름에 백화, 균역, 겹치는 주름이 없다.
B급: 필름에 겹치는 주름이나 약간의 백화가 보이지만, 균열은 없다.
C급: 필름에 백화, 균열, 겹치는 주름이 보여진다.
(11) 비부착성
비부착성은, 얻어진 관에, 알과 고기와 소맥분을 3:2:1로 혼합한 내용물을 관의 2/3 넣은 후, 125℃, 30분 레토르트하고, 꺼내어서, 관벽으로의 부착상태를 목시로 하기와 같이 판단하였다.
AA 급 : 전혀 부착하여 있지 않았다.
A 급 : 거의 부착하지 않았다.
B 급 : 약간 부착물이 남았다.
C 급 : 관전체의 1/4정도 부착물이 남았다.
D 급 : 관전체의 1/2정도 부착물이 남았다.
E 급 : 관전체에 부착물이 남았다.
(12) 이형성
필름에 20 ×50mm의 셀로판테이프를 붙이고 떼낸후의 표면자유에너지 Sf2를 측정하고 처음의 필름의 표면자유에너지 Sf1과의 차 ΔSf(mN/m)에 따라 하기와 같이 판정하였다.
A 급 : 0∼1
B 급 : 1∼2
C 급 : 2∼3
D 급 : 3∼5
E 급 : 5를 초과함
(13) 박리성
높이 30mm, 넓이 200mm ×200mm로 금형을 150℃로 가열하고 전사인몰드성형을 실시하여 하기와 같이 판정하였다.
O: 금형에 전혀 점착하지 않고, 원활하게 떨어진다.
X: 금형에 점착하는 부분이 있다.
(14)비부착성
비부착성은, 필름을 알과 고기와 소맥분을 3:2:1로 혼합한 내용물을 마개한 비이커에 넣은 후, 125℃, 30분 레토르트하고, 꺼내어 필름으로의 부착량을 하기에 따라 판정하였다.
A 급 : 0∼5%
B 급 : 5∼10%
C 급 : 10∼20%
D 급 : 20∼50%
E 급 : 50∼100%
실시예1
폴리에스테르로서, 응집실리카입자를 함유하는 에틸렌글리콜슬러리를 190℃에서 2시간 열처리한 후, 에스테르화 반응종료 후에 슬러리를 첨가하고, 중축합반응을 실시하고, 스테아릴스테아레이트계 왁스화합물을 0.8중량% 첨가한 폴리에틸렌테레프탈레이트(삼산화 안티몬촉매, 고유점도 0.65, 디에틸렌글리콜 2.8몰%)의 칩A를 제조하였다. 본 칩을 소정량 계량 후, 180℃ 3시간 진공건조하여 단축압출기에 공급하고, 통상의 구금으로 토출 후, 정전인가(7kv)하면서 경면냉각드럼으로 냉각고화하여 스테아릴스테아레이트계 왁스화합물 0.5중량% 함유하는 미연신필름을 얻었다 (드럼회전속도 40m/분). 이 미연신필름을, 온도 105℃에서 길이방향으로 2.8배연신, 40℃로 냉각 후, 온도 115℃에서 5초 예열 후에 같은온도에서 폭방향으로 2.8배 연신한 후, 180℃에서 릴랙스5%, 5초간 열처리하고, 2축연신된 두께 16㎛의 표2에 나타내는 폴리에스테르필름을 얻었다. 표2에 나타내듯이, 양호한 특성을 발현하는 것을 확인하였다.
실시예 2∼3
압출기Ⅰ(A층)과 압출기Ⅱ(B층)에서, 표1에 나타내는 폴리에스테르를 사용하여, 각각 용융하고, 구금직전에서 적층하고, 실시예1의 연신조건을 변경하여 표2의 특성을 나타내는 적층이축연신 폴리에스테르필름을 얻었다. 표2에 나타내듯이, 우수한 특성을 발현하는 것을 확인하였다.
실시예 4∼5
표1, 2에 따른 폴리머조성, 연신조건을 변경하여 이축연신 폴리에스테르필름을 얻었다. 표2에 나타내듯이, 양호한 특성을 발현하는 것을 확인하였다.
실시예 6
표3에 따른 폴리에스테르①, ②의 양칩을 소정량 계량 후, 180℃에서 3시간 진공건조하여 압출기Ⅰ(A층)과 압출기Ⅱ(B층)에 공급하고, 통상의 구금으로 토출후, 정전인가(7kv)하면서 경면냉각드럼에서 냉각고화하여 미연신필름을 얻었다. 이 미연신필름을, 온도 105℃에서 길이방향으로 3.4배 연신, 폭방향으로 3.2배, 동시이축연신한 후, 210℃에서 릴랙스5%, 5초간 열처리하고, 2축연신된 두께 15㎛의 표1에 나타내는 폴리에스테르필름을 얻었다. 표1에 나타내듯이, 우수한 특성을 발현하는 것을 확인하였다.
실시예 7∼9
표3에 따른 폴리머조성, 연신조건을 변경하여 실시예 1과 동읠하게 이축연신 폴리에스테르필름을 얻었다. 표4에 나타내듯이, 우수한 특성을 발현하는 것을 확인하였다. 단, 실시예 9에 대해서는, 융점이 내려간 결과, 약간 내열성이 저하하였다.
비교예 1∼3
폴리에스테르의 종류와 첨가제를 표3과 같이 변경하여, 실시예 1과 동일하게 하고 제막하여 필름을 얻었다. 표4와 같이 비교예 1∼3의 필름은 특성에 뒤떨어지는 것이 판명된다.
더욱이, 표중의 기호는 다음과 같다.
PET : 폴리에틸렌테레프탈레이트
PET/I : 이소프탈산 공중합폴리에틸렌테레프탈레이트
PET/S : 세바신산 공중합폴리에틸렌테레프탈레이트
PET/N : 나프탈렌디카르복실산 공중합폴리에틸렌테레프탈레이트
실시예
1 2 3 4 5 6
폴리머① 조성 PET PET PET PET PET/N(5몰) PET
중합촉매 종류 Sb2O3 GeO2 Sb2O3 Sb2O3 Sb2O3 Sb2O3
농도 (ppm) Sb:200 Ge:45 Sb:100 Sb:150 Sb:300 Sb:180
입자 종류 응집실리카 구형상실리카 음집실리카 응집실리카 응집실리카 응집실리카
평균입자지름(㎛) 0.6 0.4 1.5 1.5 2.5 1.4
농도 (%) 0.04 0.3 0.15 0.2 0.14 0.1
입자 종류 응집실리카 구형상실리카 규산실리카
평균입자지름(㎛) 1.2 2.5 0.2
농도(%) 0.06 0.15 0.5
첨가제 종류 스테아릴스테아레이트 카나우바왁스 실리콘계 화합물 스테아린산 칼슘 카나우바 왁스
농도 (%) 0.8 0.5 0.4 0.5 0.5
폴리머② 조성 PET PET/I(5몰) PET
중합촉매 종류 GeO2
농도 (ppm) Ge:40
입자 종류 구형상실리카 응집실시카
평균입자지름(㎛) 1.4 1.5
농도 (%) 0.08 0.1
첨가제 종류 카나우바 왁스
농도 (%) 2.0
실시예
1 2 3 4 5 6
A층 폴리머①/폴리머② 10/0 10/0 10/0 10/0 10/0 5/5
폴리에스테르 PET PET PET PET PET/N(5몰) PET
융점 (℃) 254 254 254 254 247 254
입자 종류 응집실리카 구형상실리카 응집실리카 응집실리카 응집실리카 응집실리카
평균입자지름(㎛) 0.6 0.4 1.5 1.5 2.5 1.5
농도(%) 0.04 0.3 0.15 0.2 0.14 0.05
입자 종류 응집실리카 구형상실리카 규산실리카
평균입자지름(㎛) 1.2 2.5 0.2
농도(%) 0.06 0.15 0.5
첨가제 종류 스테아릴스테아레이트 카나우바 왁스 실리콘계 화합물 스테아린산 칼슘 카나우바 왁스 카나우바 왁스
농도 (%) 0.8 0.5 0.4 0.5 0.5 1.0
Ge농도(ppm) 0 45 0 0 0 10
두께 16 2 2 16 18 3
B층 폴리머①/폴리머② 0/10 0/10 10/0
폴리에스테르 PET PET/I(5몰) PET
융점(℃) 254 247 254
입자 종류 구형상실리카 응집실리카 응집실리카
평균입자지름(㎛) 14 1.5 1.4
농도(%) 0.08 0.1 0.1
첨가제 종류
농도(%)
Ge농도(ppm) 45 0 0
두께 14 14 12
필름중의 Ge농도(ppm) 0 45 0 0 0 2
물과의 접촉각(°) 82 89 83 73 88 92
표면자유에너지 38 36 39.5 42 37 33
카르복실말단기량(등량/톤) 38 39 35 32 34 43
고유점도 (dl/g) 0.63 0.64 0.65 0.66 0.64 0.6
강판으로의 적층면 B층 B층
탄성율 (GPa) 2.7 3.2 3.0 3.4 2.7 3.3
연신도(%) 연신도-Ⅰ A B A B A B
연신도-Ⅱ A A B A A B
연신도-Ⅲ A B A B A B
면배향계수 0.125 0.147 0.135 0.145 0.119 0.15
Δn -0.007 -0.002 -0.015 +0.005 -0.012 -0.008
가공성 A B A B A B
이형성 B A C B B A
박리성 C B B B B A
비흡착성 A AA B A A AA
실시예 비교예
7 8 9 1 2 3
폴리머① 조성 PET PET PET/I(6몰) PET PET/S PEN
중합촉매 종류 Sb2O3 Sb2O3 GeO2 Sb2O3 Sb2O3 Sb2O3
농도(ppm) Sb:200 Sb:150 Ge:45 Sb:150 Sb:150 Sb:350
입자 종류 구형상실리카 응집실리카 구형상실리카 응집실리카 구형상실리카 응집실리카
평균입자지름(㎛) 0.9 0.8 1.2 1.4 0.2 0.2
농도(%) 0.08 0.12 0.08 0.05 0.08 0.07
입자 종류
평균입자지름(㎛)
농도(%)
첨가제 종류
농도(%)
폴리머② 조성 PET PET PET/I(5몰)
중합촉매 종류 GeO2 GeO2 GeO2
농도(ppm) Ge:50 Ge:50 Ge:45
첨가제 종류 카나우바 왁스 카나우바왁스 카나우바왁스
농도(%) 0.7 1 0.5
실시예 비교예
7 8 9 1 2 3
A층 폴리머①/폴리머② 0/10 7/3 0/10 10/0 10/0 10/0
폴리에스테르 PET PET PET/I PET PET/S PEN
융점 (℃) 254 254 242 254 222 265
입자 종류 응집실리카 응집실리카 구형상실리카 응집실리카
평균입자지름(㎛) 0.8 1.4 0.2 0.2
농도(%) 0.84 0.05 0.08 0.07
첨가제 종류 카나우바왁스 카나우바 왁스 카나우바왁스
농도 (%) 0.7 0.3 0.5
Ge농도(ppm) 50 15 45 0 0
두께 5 15 1 16 15
B층 폴리머①/폴리머② 10/0 10/0
폴리에스테르 PET PET/I
융점(℃) 254 242
입자 종류 구형상실리카 구형상실리카
평균입자지름(㎛) 0.9 0.8
농도(%) 0.08 0.08
첨가제 종류
농도(%)
Ge농도(ppm) 0 45
두께 10 14
필름중의 Ge농도 (ppm) 17 15 45 0 0 0
물과의 접촉각(°) 90 85 89 67 64 65
표면자유에너지 34 38 38 45 46 46
카르복실말단기량(등량/톤) 40 34 29 22 35 28
고유점도 (dl/g) 0.6 0.6 0.58 0.75 0.57 0.62
강판으로의 적층면 B층 B층
탄성율 (GPa) 2.9 3.6 3.1 4.1 2.4 4.9
연신도(%) 연신도-Ⅰ A B A C B C
연신도-Ⅱ A B A C B C
연신도-Ⅲ A B A C B C
면배향계수 0.145 0.15 0.134 0.168 0.078 0.17
Δn -0.01 +0.003 -0.015 -0.025 -0.015 -0.025
가공성 B B A C B C
이형성 A B B E E E
박리성 A C B D E E
비흡착성 A B B E E E

Claims (12)

  1. 에틸렌테레프탈레이트 단위 및/또는 에틸렌나프탈레이트 단위를 주된 구성성분으로 하는 폴리에스테르로 이루어지는 필름으로서, 그 필름의 융점이 180∼270℃, 물과의 접촉각이 70°∼120°, 면배향계수가 0.08∼0.15인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  2. 제1항에 있어서, 표면자유에너지가 20∼40mN/m인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  3. 제1항에 있어서, 왁스화합물 및/또는 실리콘화합물을 0.1∼2중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  4. 제1항에 있어서, 필름중에 함유되는 무기입자 및/또는 유기입자가 0.2∼5중량%인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  5. 제1항에 있어서, 왁스화합물이 카나우바왁스이고, 또 게르마늄원소를 1∼200 ppm 함유하는 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  6. 2층 이상의 구성으로 이루어지는 적층필름으로서, 적어도 한쪽면이 제1항에기재한 폴리에스테르필름인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  7. 제1항에 있어서, 식품포장용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  8. 제1항에 있어서, 금속판에 접착시켜서 사용되는 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  9. 게르마늄원소를 1∼200ppm 함유하고, 카나우바왁스를 1∼10중량% 함유하는 마스터원료를 희석하여 제조하는 것을 특징으로 하는 제1항에 기재한 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 100℃에서의 길이방향과 폭방향의 평균파단연신도가 200∼500%인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  11. 제1항에 있어서, 100℃에서의 길이방향의 파단연신도와 폭방향의 파단연신도의 차의 절대치가 50% 이하인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름.
  12. 제1항에 있어서, 필름의 융점이 246∼265℃인 것을 특징으로 하는 성형가공용 이축연신 폴리에스테르필름
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