KR20020057572A - 이축배향 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 무기입자 또는 유기입자를 알루미늄이 감싸고 있는 형태의 코어-쉘(core-shell) 구상입자를 폴리에스테르 총중량을 기준으로 0.005 내지 3중량부 포함하며, 상기 구상입자는 평균입경이 0.05 내지 2㎛이고, 알루미늄 함량이 5 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 이축배향 폴리에스테르 필름을 제공한다.

본 발명에 따른 이축배향 폴리에스테르 필름은 평활하며, 이활성 및 내마모성이 우수하고, 자기테이프로 제조하였을 때 전자변환특성이 우수하며, 고속으로 주행하여도 입자의 탈락이 적어 자기테이프 이외에 이활성, 내마모성이 요구되는 다양한 용도에 폭넓게 사용될 수 있다.

Description

이축배향 폴리에스테르 필름{biaxial orientation polyester film}

본 발명은 이축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기기록 매체용으로 사용하는 경우 전자변환특성이 우수할 뿐만 아니라, 고속주행시 내마모성, 내스크래치성이 우수한 이축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 대표되는 폴리에스테르는 물리화학적으로 안정하고 기계적 강도가 높으며, 내열성, 내구성, 내약품성, 전기절연성 등이 우수하여 이를 이축연신하여 제조된 필름은 의료용, 산업용, 콘덴서용, 포장용, 사진필름용, 라벨용은 물론 자기기록매체용 등으로 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 폴리에스테르 필름에 주행성, 가공성 및 표면특성을 부여하기 위하여 활제로서 불활성 입자인 탄산칼슘, 실리카, 카올린 등의 무기입자를 투입하여 폴리에스테르 표면에 요철을 형성시키는 방법이 널리 이용되고 있다.

그러나, 이러한 무기활제 중에서 탄산칼슘, 그 중에서도 경질탄산칼슘은 폴리에스테르 필름의 표면특성에 대한 조절효과가 뛰어나기는 하나, 경도가 낮아서 필름의 주행중 마모에 의해 입자가 탈락되고, 필름 표면에 스크래치(scratch)가 발생하여 자기테이프로 제조할 경우 드롭 아웃(drop-out)을 유발시키는 등의 문제점이 있다.

또한, 최근 기술발달에 따라 복사속도가 점점 고속화되는 추세에서 폴리에스테르 필름을 자기테이프로 제조하여 대용량의 정보를 저장하거나 대량의 영상 및 음반출판물을 제조하는 경우, 자기기록 매체인 폴리에스테르 필름과의 마찰에 의한 입자 탈락이 더욱 빈번하게 발생하게 된다. 이렇게 탈락된 입자는 복사기의 헤드를 오염시킬 뿐만 아니라, 재생시 드롭 아웃을 발생시키는 문제를 유발하여 생산성의 저하를 초래하는 요인이 되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 일본 특개평 02-214734호는 경도가 낮은 경질탄산칼슘 등에 알루미나(α, γ, δ-타입)나 콜로이드성의 실리카를 혼합한 것을 폴리에스테르 필름에 첨가하여 필름의 주행특성 및 내스크래치성을 개선하는 방법을 개시하고 있다.

한편, 일본 공개특허공보 제 90-11640호는 폴리에스테르와 친화력이 있는 유기입자를 첨가하여 보이드를 감소시키면서 필름 표면에 오똑하게 솟은 돌기를 형성하여 우수한 이활성을 부여하고 평활성을 향상시키는 방법을 개시하고 있다. 예를들어, 동 공보에서는 폴리에스테르 필름의 제조시 폴리에스테르와 무기입자들간의 친화력 부족으로 인한 내마모성을 개선하기 위하여, 실리콘 폴리이미드, 가교된 스틸렌-디비닐벤젠 공중합체, 가교된 폴리에스테르, 테프론 등의 유기입자와 탄산칼슘 등의 무기활제들을 첨가하여 필름을 제조하는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상기 개시된 방법들이 아직 만족할 만한 수준에 도달하지 못하고 있는 실정이고, 필름의 주행특성, 내스크래치성, 이활성 및 평활성 등을 향상시키기위한 연구가 계속해서 있어 왔다.

이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 이활성 및 내스크래치성 등이 우수하며, 자기테이프로 제조하는 경우 전자변환특성이 우수할 뿐만 아니라, 고속복사를 하는 경우에도 입자의 탈락이 이루어지지 않는 내마모특성이 우수한 폴리에스테르 필름 개발을 위하여 지속적으로 연구한 결과, 폴리에스테르에 함유되는 구상입자의 입경과 함유량을 조절함으로써 상기의 문제점을 해결할 수 있는필름을 제조하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자기기록 매체용으로 사용하는 경우 전자변환특성이 우수할 뿐만 아니라, 고속주행시 내마모성, 내스크래치성이 우수한 이축배향 폴리에스테르 필름을 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 무기입자 또는 유기입자를 알루미늄이 감싸고 있는 형태의 코어-쉘(core-shell) 구상입자를 폴리에스테르 총중량을 기준으로 0.005 내지 3중량부 포함하며, 상기 구상입자는 평균입경이 0.05 내지 2㎛이고, 알루미늄 함량이 5 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 이축배향 폴리에스테르 필름을 제공한다.

본 발명에 따른 이축배향 폴리에스테르 필름에 있어서, 상기 무기입자는 실리카, 탄산칼슘, 이산화티탄, 황산바륨, 카올린, 탈크, 제오라이트 및 알루미나로이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하고, 상기 유기입자는 폴리스티렌 또는 폴리아크릴계 열경화성 수지인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이축배향 폴리에스테르 필름에 있어서, 폴리에스테르 총중량을 기준으로 평균입경이 0.1 내지 2㎛인 탄산칼슘입자 0.005 내지 3중량부를 더 포함할 수 있고, 또한 폴리에스테르 총중량을 기준으로 평균입경이 0.01 내지 0.5㎛인 산화알루미늄 또는 실리카 0.01 내지 3중량부를 더 포함할 수 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 반복단위가 에틸렌테레프탈레이트 또는 에틸렌나프탈레이트로 이루어져 있는 폴리에스테르 필름에 있어서, 실리카 또는 실리콘 및 유기입자의 외부에 알루미늄이 껍질로 감싸고 있는 코어-쉘(core-shell) 타입의 구상입자를 폴리에스테르 총중량을 기준으로 0.005 내지 3중량부 포함하며, 상기 구상입자는 평균입경이 0.05 내지 2㎛이고, 알루미늄 함량이 5 내지 30중량%인 이축배향 폴리에스테르 필름을 제공한다.

일반적으로 구상입자는 필름표면에 오똑하게 솟은 돌기를 형성하여 필름의 주행시 접촉면적을 감소시켜 줌으로써 우수한 이활성을 부여하고, 평활한 표면의 형성을 가능하게 하여 양호한 전자변환특성을 구현하도록 한다. 그러나, 고속주행시 탈락으로 인하여 내마모특성의 문제가 제기되어 왔으며, 이러한 구상입자에 필름과 친화력이 뛰어나며 내마모성, 내스크래치성이 우수한 고경도의 알루미늄을 껍질로 감싸주어 입자와 필름간의 간격차를 더 줄여주고 입자의 경도를 증대시켜 줌으로써 내마모특성, 내스크래치특성을 강화시킨데에 본 발명의 특징이 있다.

여기에서 상기 구상입자는 평균입경이 0.1 ~ 1.2㎛이고, 그 첨가량이 0.01 내지 2.0중량부인 것이 바람직하다.

만약 상기 구상입자의 평균입경이 2.0㎛보다 크게 되면 폴리에스테르 필름의 표면이 조면화되어 전자특성이 불량해지고, 평균입경이 0.05㎛보다 작게 되면 필름의 표면에 형성되는 요철의 크기가 작아서 이활성이 불량해지는 문제점이 있다.

또한, 상기 구상입자의 첨가량이 0.005중량부 미만일 경우에는 필름의 표면에 형성되는 요철의 수가 적어서 이활성이 불량해지고, 첨가량이 3중량부를 초과하면 필름이 조면화되어 바람직하지 않다.

본 발명의 효과를 한층 높이기 위하여 상기의 구상입자 외에 폴리에스테르에 불용성인 무기입자 또는 유기입자를 병용하여 사용해도 무방하다. 자기기록 매체용으로 폴리에스테르 필름을 사용하는 경우, 자기테이프의 특성을 고려하여 적당한 요철을 형성하는 입자를 선택하여 사용하여도 무방하며 2종이상의 입자를 혼합하여 사용해도 무방하다. 구체적으로 상기 무기입자로는 실리카, 탄산칼슘, 이산화티탄, 황산바륨, 카올린, 탈크, 제오라이트, 알루미나 등이 있고, 상기 유기입자로는 폴리스티렌, 폴리아크릴계 열경화성 수지 등이 있다.

또한, 폴리머와의 친화력을 향상시키기 위하여 공지의 표면처리제로 표면처리를 하는 것도 무방하다.

본 발명에서 사용되는 폴리에스테르는 필름을 성형하는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트 등을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 필름의 제조방법은 특별히 제한되지 않고, 종래의 공지된 폴리에스테르의 제조방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 건조된 폴리에스테르를 압출기를 사용하여 회전하는 냉각드럼에 판상의 용융 폴리머를 고착시킴으로써 연속된 시트를 제조할 수 있다. 이렇게 제조한 시트는 계속해서 종연신의 과정을 거치게 되는데, 1단 또는 다단의 연신방법 중 어느것을 사용해도 무방하다. 종연신과 횡연신의 사이에는 필름의 접착성, 대전방지성 등을 향상시키기 위하여 인라인 코팅(in line coating)을 실시하여도 무방하고, 횡연신 후에 코로나 처리를 하여도 무방하다.

다만, 상기 구상입자 및 첨가되는 입자를 중합반응 종료 전 임의의 시점에 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이축배향 폴리에스테르 필름은 평활하며, 이활성 및 내마모성이 우수하고, 자기테이프로 제조하였을 때 전자변환특성이 우수하며, 고속으로 주행하여도 입자의 탈락이 적어 자기테이프 이외에 이활성, 내마모성이 요구되는 다양한 용도에 폭넓게 사용될 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기의 실시예로만 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예 및 비교예에서 제조된 필름의 물성은 다음의 방법에 의하여 평가하였다.

(1) 평균입경 및 입자형태

주사형 전자현미경을 이용하여 5만배로 입자를 50부위 촬영하고, 화상해석장치로 측정하여 각 부위의 입자크기를 산술평균하여 구하였다. 또한, 이때 각 입자의 형상을 관찰하여 판상, 구상, 괴상 등으로 구분하였다.

(2) 이활성

일본 요코하마 시스템 연구소의 테이프 주행성 시험기인 TBT-600D를 사용하여 필름을 1/2인치 폭으로 슬리팅한 테이프를 주행속도 300m/분으로 주행시키고, 인취장력을 100g으로하여 접촉각이 135도가 되도록 고정 가이드핀(재질 SUS303)을 1500m 통과시킨 때의 권취장력으로부터 다음식을 이용하여 주행마찰계수(k)를 측정하였다.

k = [2.303/α]× log[Ti/To]

여기서, α는 필름과 가이드핀의 접촉각이고, Ti은 인취장력, 그리고 To는 권취장력이다.

(3) 내마모성

상기 이활성의 측정이 끝난 시점에서 고정가이드 핀에 묻은 백분의 정도를 4단계로 평가하여 나타내었다.

◎ : 백분이 거의 묻지 않은 경우

○ : 백분이 가이드핀의 1-5% 면적에 묻은 경우

△ : 백분이 가이드핀의 6-10% 면적에 묻은 경우

× : 백분이 가이드핀의 11%이상의 면적에 묻은 경우

(4) 내스크래치성

상기 이활성의 측정이 끝난 시점에서 측정한 필름의 고정 가이드핀과 접촉한면을 고배율 카메라 및 광학현미경으로 관찰하여 필름표면에 생성된 스크래치의 개수, 굵기 및 그 깊이를 4단계로 평가하여 나타내었다.

◎ : 내스크래치성 우수(손상된 스크래치선이 2선 이하)

○ : 내스크리치성 양호(손상된 스크래치선이 3선∼4선)

△ : 내스크리치성 보통(손상된 스크래치선이 5선∼6선)

× : 내스크리치성 불량(손상된 스크래치선이 7선 이상)

(5) 전자특성

전자특성을 평가하는데 가장 많이 사용되는 드롭아웃 측정은 자기기록 테이프에 3단계 단파신호를 최적기록전류하에 기록하고, 재생시 비디오헤드 출력의 감쇠량이 20dB, 5㎲이상의 드롭아웃을 10분간 드롭아웃 측정기로 측정해서 1분동안의 평균값을 구하며 드롭아웃의 갯수가 많을수록 전자특성은 불량하게 된다.

<실시예 1>

디메틸테레프탈레이트 100중량부, 에틸렌글리콜 70중량부 및 초산칼슘 0.05중량부를 반응기에 넣고 에스테르교환반응을 수행하였다. 4시간 후, 실질적으로 에스테르교환반응이 종료된 계내에 평균입경이 0.3㎛이고 알루미늄 함량이 20중량%인, 실리카 입자를 알루미늄이 감싸고 있는 형태의 코어-쉘 구상 입자를 0.3중량부 첨가하였다. 이후, 트리메틸포스페이트 0.06중량부 및 삼산화 안티몬 0.04중량부를 첨가하여 통상의 방법에 의해 5시간 중합반응을 하여 폴리에스테르를 제조하였다.

상기 폴리에스테르를 건조한 후, 290℃에서 압출기로 시트상으로 회전하는 냉각드럼에 밀착시켜 무정형 시트를 얻었다. 이후 계속하여 종방향으로 90℃에서3.5배, 횡방향으로 110℃에서 4.3배 연신하고, 210℃에서 3초간 열처리하여 두께가 15㎛인 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 상기 기술한 이활성, 내스크래치성, 내마모성, 드롭아웃 등의 평가방법에 따라 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<실시예 2>

평균입경이 0.1㎛이고 알루미늄 함량이 10중량%인, 실리카 입자를 알루미늄이 감싸고 있는 형태의 코어-쉘 구상 입자를 2중량부 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 그 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<실시예 3>

평균입경이 0.5㎛인 괴상의 탄산칼슘입자를 0.5중량부 추가로 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 그 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<실시예 4>

평균입경이 0.1㎛인 실리카 입자를 0.3중량부 추가로 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 그 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<실시예 5>

평균입경이 0.5㎛인 괴상의 탄산칼슘입자 0.5중량부 및 평균입경이 0.1㎛인 실리카 입자 0.3중량부를 추가로 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 그 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 1>

평균입경이 0.3㎛이고 알루미늄 함량이 3중량%인, 실리카 입자를 알루미늄이 감싸고 있는 형태의 코어-쉘 구상 입자를 0.3중량부 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 그 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 2>

평균입경이 0.3㎛이고 알루미늄 함량이 20중량%인, 실리카 입자를 알루미늄이 감싸고 있는 형태의 코어-쉘 구상 입자를 0.003중량부 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 그 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 3>

평균입경이 3㎛이고 알루미늄 함량이 20중량%인, 실리카 입자를 알루미늄이 감싸고 있는 형태의 코어-쉘 구상 입자 0.2중량부 및 평균입경이 0.5㎛인 괴상의 탄산칼슘입자 0.5중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 그 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 4>

평균입경이 3㎛이고 알루미늄 함량이 20중량%인, 실리카 입자를 알루미늄이감싸고 있는 형태의 코어-쉘 구상 입자 0.2중량부, 평균입경이 0.5㎛인 괴상의 탄산칼슘입자 0.5중량부 및 평균입경이 0.1㎛인 실리카 입자 0.3중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 필름을 제조하였다. 이렇게 제조한 필름에 대해 그 성능을 평가한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	첨가되는 입자	주행마찰계수	내스크래치성	내마모성	드롭아웃갯수
	종류					평균입경(㎛)	첨가량(중량부)
실실시예	1	실리카-알루미늄 20중량%	0.3	0.3	0.25	◎	◎	2
	2	실리카-알루미늄 10중량%	0.1	2	0.21	◎	◎	1
	3	실리카-알루미늄 10중량%탄산칼슘	0.10.5	0.50.5	0.25	◎	◎	2
	4	실리카-알루미늄 20중량%실리카	0.20.1	0.50.3	0.23	◎	◎	2
	5	실리카-알루미늄 20중량%탄산칼슘실리카	0.20.50.1	0.30.50.3	0.21	◎	◎	3
비비교예	1	실리카-알루미늄 3중량%	0.3	0.3	0.25	×	△	3
	2	실리카-알루미늄 20중량%	0.3	0.003	0.40	×	×	30 초과
	3	실리카-알루미늄 20중량%탄산칼슘	0.010.5	20.5	0.30	△	×	10
	4	실리카-알루미늄 20중량%탄산칼슘실리카	30.50.1	0.20.50.5	0.21	◎	×	30 초과

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 제조한 이축배향 폴리에스테르 필름(실시예 1 내지 5)은 이활성, 내스크래치성, 내마모특성이 모두 우수하며, 드롭아웃의 개수도 1-3개 정도로 적어 우수한 전자특성을 나타낸다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 이축배향 폴리에스테르 필름은 평활하며, 이활성, 내마모성 및 내스크래치성이 우수하고, 자기테이프로 제조하였을 때 전자변환특성이 우수하며, 고속으로 주행하여도 입자의 탈락이 적어 자기테이프 이외에 이활성, 내마모성이 요구되는 다양한 용도에 폭넓게 사용될 수 있다.

Claims (5)

1. 무기입자 또는 유기입자를 알루미늄이 감싸고 있는 형태의 코어-쉘(core-shell) 구상입자를 폴리에스테르 총중량을 기준으로 0.005 내지 3중량부 포함하며, 상기 구상입자는 평균입경이 0.05 내지 2㎛이고, 알루미늄 함량이 5 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 이축배향 폴리에스테르 필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 무기입자가 실리카, 탄산칼슘, 이산화티탄, 황산바륨, 카올린, 탈크, 제오라이트 및 알루미나로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이축배향 폴리에스테르 필름.
3. 제1항에 있어서, 상기 유기입자가 폴리스티렌 또는 폴리아크릴계 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 이축배향 폴리에스테르 필름.
4. 제1항에 있어서, 폴리에스테르 총중량을 기준으로 평균입경이 0.1 내지 2㎛인 탄산칼슘입자 0.005 내지 3중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이축배향폴리에스테르 필름.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 폴리에스테르 총중량을 기준으로 평균입경이 0.01 내지 0.5㎛인 산화알루미늄 또는 실리카 0.01 내지 3중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이축배향 폴리에스테르 필름.