KR20020008899A - 폴리에스테르계 고수축 연신 필름 및 그의 제조방법 - Google Patents

폴리에스테르계 고수축 연신 필름 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용기 라벨 용도로 주로 사용되는 폴리에스테르계 고수축 연신 필름에 관한 것으로서, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 10~69중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 1~30중량% 및 디카르복실산 성분과 에틸렌글리콜(EG) 및 1,4-싸이클로헥산디메탄올(CHDM)으로 구성된 글리콜 성분의 중축합 반응으로 제조되는 글리콜 모디파이드 코폴리에스테르(PETG) 30~60중량%가 블렌딩 되어 있으며, 단경/장경 비가 0.8~1.0인 구형 무기입자를 0.01~0.3중량%(수지 전체 중량 대비) 함유하고, 헤이즈(Haze)가 4.0 이하이고, 동 마찰계수가 0.4 이하인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 필름은 종방향 열풍수축율이 5% 이하이고, 횡방향 열풍수축율이 50~70% 이다. 본 발명의 필름은 경시변화 안정성 등의 열수축 특성, 슬립성 및 투명성이 우수하여 용기 라벨 용도로 적합하다.

Description

폴리에스테르계 고수축 연신 필름 및 그의 제조방법 {A high shrinkage and drawn polyester film, and a process of preparing for the same}
본 발명은 용기 라벨용 수축 필름으로 주로 사용되는 폴리에스테르계 고수축 연신 필름 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
용기의 라벨용 필름으로는 폴리비닐클로라이드(이하 "PVC"라고 한다) 수축 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 "PET"라고 한다) 수축 필름 및 연신 폴리스타이렌(이하 "OPS"라고 한다) 수축 필름이 널리 사용되고 있다.
수축 필름으로 제조된 용기 라벨은 용기보다 크게 제조되어 라벨링시 가해지는 열에 의해 수축되면서 라벨과 용기의 일체감을 향상시킬 수 있고, 용기의 형상에 관계없이 라벨링이 가능한 장점이 있다.
용기 라벨용 필름에는 일축(한방향) 수축율이 요구된다. 현재 용기 라벨용 수축 필름으로는 가격이 싸고 성형이 용이한 이유로 PVC 수축 필름이 가장 널리 사용되고 있다.
그러나 PVC 수축 필름은 수축율이 낮아 고수축이 요구되는 용도에는 사용이곤란하며, 소각 폐기시 염소를 함유하는 다이옥신 등의 유해가스가 많이 발생되어 환경을 오염시키는 문제가 있다. 더욱 PVC 제조시 가소제 등의 첨가제가 많이 사용되며, 이들 첨가제 중에는 암을 유발하는 물질도 포함 될 수 있어서 식품 등을 직접 포장하는 용도로는 사용 될 수 없다.
이와 같은 PVC 수축 필름의 문제점을 해결하기 위하여 현재 OPS 수축 필름이 개발, 사용되고 있다. OPS 수축 필름은 폴리스티렌 용기의 라벨로 사용할때 용기와 라벨이 동일 소재라는 측면으로 재활용율을 높이는 것이 목적이다. 그러나 인쇄성 불량 및 보관상의 어려움 등으로 시장확대가 되지 못했다. 특히 OPS의 자연 수축율의 문제는 인쇄 공정 중에 경시 수축으로 인하여 인쇄 불량이 많고, 필름의 보관시 냉장실과 같은 저온 창고가 필수적이며, 여름에는 운반에도 문제가 있다. 인쇄성의 경우 특별 잉크를 사용하여야 하며 색도가 많을수록 인쇄성은 저하한다.
한편, 상기 PVC 수축 필름이나 OPS 수축 필름의 여러 문제점을 해결하기 위하여 PET 수축 필름이 용기 라벨용 필름으로 개발되어 사용되고 있다 PET 수축 필름의 경우 용기와 라벨을 동일 소재를 사용하여 회수, 재활용성을 높일 수 있고, 수축율 혹은 수축 속도의 조절이 용이하며, 일반 라벨용 뿐만아니라 용기 전체 피복용으로도 가능한 장점이 있다. 또한 PVC 수축 필름 대비 저온 수축성이 좋고, 고온 라벨링이 가능하고, 스티프니스가 높아 OPS 혹은 PVC 수축 필름 보다 10~25% 낮은 두께로 사용 가능 하다.
라벨용 열수축 필름의 자연 수축 특성은 매우 불리한 특성인데 폴리에스터계수축 필름의 경우 경시변화 안정성이 타 소재에 비하여 매우 우수하므로 실용화에 유리하다.
기존의 필름들은 고온의 레토르트 처리가 가능한 필름도 있으나 그나마도 내열성이 낮아 살균 처리에는 부적합하다. 그러나 폴리에스터계 열수축 필름은 OPS나 PVC에서는 볼 수 없는 특유의 내열성을 가지고 있기 때문에 레토르트 처리나 고온 살균 처리에도 문제가 없다. 인쇄적성도 PVC 수축용 필름 잉크를 그대로 적용하는 것이 가능하며 PVC 대비 이물이 없고 평활성이 좋아 선명한 다색인쇄가 가능하다.
이와 같은 폴리에스테르계(PET) 수축 필름은 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)을 중합시켜 폴리에틸렌테레프탈레이트를 제조 할 때 산성분으로 이소프탈산 (IPA) 또는 디메틸-2,6-나프탈렌디카르복실레이트(NDC) 등을 공중합 시키거나, 글리콜 성분으로 디에틸렌글리콜(DEG) 또는 1,4-싸이클로헥산디메탄올(이하 "CHDM" 이라고 한다)을 공중합 시키거나, 이와 같이 제조된 코폴리에스테르들을 블렌딩하여 제조해 오고 있다. 그러나 상기의 종래 폴리에스테르계 수축 필름들은 슬립성이 부족하여 후가공 공정성이 불량한 문제점이 있었다.
본 발명은 경시변화 안정성 등의 열수축 특성과 투명성이 우수하며, 환경오염의 문제가 없고, 인쇄성이 양호하며, 보관이 용이하며, 특히 슬립성이 양호하여 후가공 공정성이 개선되는 폴리에스테르계 고수축 연신 필름과 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 폴리에스테르계 고수축 연신 필름은 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 10~69중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 1~30중량% 및 디카르복실산 성분과 에틸렌글리콜(EG) 및 1,4-싸이클로헥산디메탄올(CHDM)으로 구성된 글리콜 성분의 중축합 반응으로 제조되는 글리콜 모디파이드 코폴리에스테르(PETG) 30~60중량%가 블렌딩 되어 있으며, 단경/장경 비가 0.8~1.0인 구형 무기입자를 0.01~0.3중량% 함유함을 특징으로 한다.
본 발명의 필름은 헤이즈(Haze)가 4.0 이하이고, 동 마찰계수가 0.4 이하이며, 횡방향 열풍수축율(100℃×30초)이 50~70%이며, 종방향 열풍수축율(100℃×30초)이 5% 이하이다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명은 압출기 내에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 10~69 중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 1~30중량% 및 디카르복실산 성분과 에틸렌글리콜(EG) 및 1,4-싸이클로헥산디메탄올(CHDM)으로 구성된 글리콜 성분의 중축합 반응으로 제조되는 글리콜 모디파이드 코폴리에스테르(PETG) 30~60중량%를 투입하여 이들을 블렌딩 함과 동시에 수지 전체중량 대비 단경/장경 비가 0.8~1.0인 구형 무기입자 0.01~0.3중량%를 첨가하여 이들을 용융, 압출한다. 이때 사용하는 글리콜 모디파이드 코폴리에스테르(Glycol Modified Copolyester) 중합시 CHDM의 사용량은 전체 EG 사용량 대비 10~30중량%로 하는 것이 바람직 하다.
상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(이하 "PTT"라고 한다)의 융점은 226.6℃, 유리전이온도는 43.4℃, 결정화 속도는 166.1초(190℃), 밀도는 1.33g/㎤ 이다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 "PET"라고 한다)의 융점은 253.7℃, 유리전이온도는 75.8℃, 결정화 속도는 211.6초(210℃), 밀도는 1.40g/㎤ 이다. 상기 글리콜 모디파이드 코폴리에스테르(이하 "PETG"라고 한다)의 융점은 없고, 유리전이온도는 81℃, 결정화 속도는 무정형으로 없다.
블렌딩시 PET 함량이 상기 범위를 초과하면 필름의 수축특성이 부족하게 되고 PETG 함량이 상기 범위를 초과하게 되면 경시 자연 수축이 발생하여 필름의 외관이 불량하게 된다.
본 발명은 연신된 고수축 필름의 슬립성을 개선하기 위하여 안티블록킹제도 효과가 탁월한 구형 무기입자를 블렌딩 수지 제조시 첨가 함을 특징으로 한다. 이때 첨가하는 구형 무기입자는 단경/장경 비가 0.8~1.0이고, 구형 무기 입자의 첨가량은 수지 중량 대비 0.01~0.3중량% 범위 내에서 필름에 요구되는 슬립성과 헤이즈 수준을 고려하여 적절하게 조절 한다. 상기 구형 무기 입자의 단경/장경 비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 필름 표면에 형성되는 돌기형태가 불균일하게 되어 양호한 슬립성을 얻기 어렵다.
이와 같이 압출된 필름을 연속해서 수지의 유리전이온도(Tg) 이하로 급냉하고 계속해서 45~85℃의 온도에서 3.5~5.0배의 연신비로 횡연신하고, (횡연신 온도 -5℃)~(횡연신 온도 +10℃)의 온도에서 열처리 하여 폴리에스테르계 고수축 연신필름을 제조한다. 연신온도 및 열처리 온도가 상기 범위보다 높은 경우에는 필름의 열수축율이 저하되어 고수축 특성을 얻기 어렵다.
이와 같이 제조된 본 발명의 필름은 종방향의 열풍수축율이 5% 이하이고, 횡방향의 열풍수축율이 50~70% 이다. 또한 동마찰계수가 0.4 이하이고 필름의 헤이즈(탁도)는 4.0 이하 이다.
본 발명에 있어서 필름의 각종 물성은 아래 방법으로 평가 하였다.
·횡방향 및 종방향 열풍수축율(%)
길이 20cm × 폭 20cm의 필름 시편을 100℃에서 30초 동안 열처리한 후 열처리 전후의 횡방향과 종방향 길이를 아래식에 대입하여 열풍수축율을 구한다.
열풍수축율(%) =×100
·동마찰계수
ASTM D 1904 방법으로 필름면의 동마찰계수를 측정 한다.
·헤이즈(탁도)
ASTM D 1004 방법으로 필름의 탁도를 측정 한다.
이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
PTT 30중량%, PET 30중량% 및 PETG 40중량%를 압출기에 투입함과 동시에 수지전체 중량대비 단경이 0.9㎛이고 장경이 1㎛(단경/장경 비 : 0.9)인 구형 이산화실리카 0.2중량%를 첨가하여 이들을 용융, 혼합 후 필름 상으로 압출한다. 계속해서 압출된 필름을 30℃로 급냉하고, 이를 다시 텐터방식의 횡연신기에서 4.0배의 연신비로 횡연신 한다. 이때 횡연신 온도는 75℃로 한다. 계속해서 횡연신된 필름을 80℃로 열처리하여 두께 40μ인 폴리에스테르계 연신 필름을 제조 하였다. 제조한 연신 필름의 물성을 평가해 본 결과는 표 2와 같다.
실시예 2 ~ 실시예 3 및 비교실시예 1 ~ 비교실시예 4
필름제조 조건을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정으로 폴리에스테르계 연신 필름을 제조 하였다. 제조한 연신 필름의 물성을 평가해 본 결과는 표 1과 같다.
제조 조건
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교실시예 1 비교실시예 2 비교실시예 3 비교실시예 4
수지조성(중량%) PTT 30 30 20 20 10 30 20
PET 30 20 20 50 20 30 20
PETG 40 50 60 30 70 40 60
입자(SiO2)형태 및함량 단경(㎛) 0.9 1.6 2.85 부정형 부정형 부정형 부정형
장경(㎛) 1.0 2.0 3.0
단경/장경 비 0.9 0.8 0.95
함량(중량%) 0.2 0.1 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
횡연신조건 온도(℃) 75 80 85 90 80 100 110
연신비 4.0 4.3 4.5 3.0 4.0 3.0 4.0
열처리 온도(℃) 80 80 80 85 85 100 100
필름 물성 평가 결과
구 분 열풍수축율(%) 헤이즈 마찰계수 필름 외관 후가공성
종방향 횡방향
실시예 1 -0.5 57 3.5 0.38 양호 양호
실시예 2 0.8 61 3.0 0.35 양호 양호
실시예 3 2.0 68 3.5 0.32 양호 양호
비교실시예 1 6 40 4.2 0.5 양호 불량
비교실시예 2 11 65 3.8 0.55 불량 불량
비교실시예 3 2.0 32 3.8 0.44 양호 불량
비교실시예 4 1.2 43 3.8 0.48 양호 불량
본 발명은 폴리에스테르계 수지로 구성되어 열수축특성, 투명성, 인쇄성, 보관성이 매우 우수하다. 아울러 본 발명은 소각폐기시 환경오염 문제가 없으며, 구형 무기입자가 함유되어 슬립성이 특히 우수하다. 그 결과 본 발명은 후가공 공정성이 크게 개선 될 수 있다.

Claims (5)

  1. 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 10~69중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 1~30중량% 및 디카르복실산 성분과 에틸렌글리콜(EG) 및 1,4-싸이클로헥산디메탄올(CHDM)으로 구성된 글리콜 성분의 중축합 반응으로 제조되는 글리콜 모디파이드 코폴리에스테르(PETG) 30~60중량%가 블렌딩 되어 있으며, 단경/장경 비가 0.8~1.0인 구형 무기입자를 수지 전체 중량 대비 0.01~0.3중량% 함유하고, 헤이즈(Haze)가 4.0 이하이고, 동 마찰계수가 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 고수축 연신 필름.
  2. 1항에 있어서, 필름의 횡방향 열풍수축율(100℃×30초)이 50~70%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 고수축 연신 필름.
  3. 1항에 있어서, 필름의 종방향 열풍수축율(100℃×30초)이 5% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 고수축 연신 필름.
  4. 1항에 있어서, 클리콜 모디파이드 코폴리에스테르(PETG)의 글리콜 성분 중 1,4-싸이클로헥산디메탄올(CHDM) 함량이 10~30중량%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 고수축 연신 필름.
  5. 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 10~69중량%, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 1~30중량% 및 디카르복실산 성분과 에틸렌글리콜(EG) 및 1,4-싸이클로헥산디메탄올(CHDM)으로 구성된 글리콜 성분의 중축합 반응으로 제조되는 글리콜 모디파이드 코폴리에스테르(PETG) 30~60중량%가 블렌딩 되어 있는 폴리에스테르계 수지에 단경/장경 비가 0.8~1.0인 구형 무기입자 0.01~0.3중량%(수지 전체 중량 대비)를 첨가하여 이들을 용융, 압출한 다음, 수지의 유리전이온도(Tg) 이하로 급냉하고 계속해서 45~85℃의 온도에서 3.5~5.0배의 연신비로 횡연신하고, (횡연신 온도 -5℃)~(횡연신 온도 +10℃)의 온도에서 열처리 함을 특징으로 하는 폴리에스테르계 고수축 연신 필름의 제조방법.
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