KR20060073868A - 고투명 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고투명 폴리에스테르 필름에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 무기첨가제로 알루미늄 또는 규소를 함유한 무기화합물로 코팅된 황산바륨 미립자를 사용함으로써, 필름에 별도의 코팅을 실시하지 않고서도, 슬립성을 유지하면서 투명성 및 내구성이 우수한 필름을 얻을 수 있다.

폴리에스테르 필름, 투명성, 슬립성, 헤이즈

Description

고투명 폴리에스테르 필름{POLYESTER FILM HAVING HIGH TRANSPARENCY}

본 발명은 고투명 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬립성이 뛰어나고 투명성이 우수한 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 우수한 기계적 성질, 투명성 등으로 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 폴리에스테르 필름은, 일반적으로 2염기산인 테레프탈산(TPA) 또는 디메틸테레프탈레이트(DMT)와 2가 알코올인 에틸렌글리콜을 촉매 및 각종 첨가제 존재 하에서 상압 에스테르 교환반응을 통해 단량체를 만들고, 상기 단량체를 중합 촉매 및 각종 첨가제 존재 하에서 고진공 중합반응을 통해 칩 형태의 폴리에스테르를 만든 다음, 이를 다시 건조, 용융, 압출하여 두꺼운 시트(Sheet)로 하고, 이를 다시 폴리에스테르의 유리전이온도 이상에서 2축 연신하고, 연화점 이하에서 열고정한 후, 롤(roll)상으로 권취함으로써 제조된다.

상기에서 제조한 폴리에스테르 필름을 2매 겹쳐놓고 윗면에 압력을 가하고 나서 서로 반대되는 측 방향으로 잡아당겼을 때 상호간 단순 밀착 이상의 응착력(Cohesive force)으로 인하여 상당한 저항력을 나타내는 현상이 일어난다. 이러한 저항력을 제공하는 요소는 정전기에 의한 힘, 상호친화력, 표면구조 등 여러 가지 복합적인 것으로, 필름이 놓인 환경에 따라 그러한 요소의 영향이 변화한다. 이러한 저항력으로 인한 현상을 블로킹(blocking) 현상이라 한다.

상기 블로킹 현상으로 인한 문제점은 필름을 제조할 때의 권취 불량 즉, 필름이 감겨진 모양인 권자의 불량화, 필름을 가공할 때의 작업능률 저하, 그리고 경시 변화 즉, 시간의 흐름에 따른 물성 저하에 의한 여러 가지 가공의 불량화 등이다. 이의 해결(슬립성 향상)을 위한 많은 필름 제조방법들이 고안되어 왔으며, 그 해결방법은 필름 제조시에 충진제(filler)의 크기 및 양을 조절하는 방법과, 필름 표면에 활성물질을 도포하는 방법의 두 가지로 대별할 수 있다.

폴리에스테르 필름의 슬립성을 향상시키기 위하여, 불활성 무기 충진제를 투입하여 필름 표면에 미세한 요철을 형성하는 방법에서, 사용할 수 있는 미립자로는 보통 카올린, 활석, 탄산칼슘, 실리카, 이산화티탄, 클레이, 알루미나, 칼슘실리케이트, 마이카 등의 불용성 입자를 들 수 있으며, 이들을 투입하여 제조한 필름은 그 종류, 크기 및 양에 따라 다양한 미세 표면 구조를 갖게 된다.

이러한 충진제의 투입량이 많아지면 필름 표면에 미세요철(凹凸)이 많이 형성되어 블로킹 현상을 해결할 수 있지만 첨가된 충진제에 의해 필름의 투명도가 저하되는 문제가 있었다. 뿐만 아니라 상기 미립자들은 폴리에스테르 수지와 성질이 다른 불순물로 작용하여 필름을 연신할 때, 고분자 수지와 충진제 사이의 계면에서 미세 보이드를 형성하게 되는데, 폴리에스테르 필름에 보이드가 형성되면 빛을 산란시켜 필름의 투명성을 저하시키는 또 다른 원인이 된다.

이러한 투명도 저하의 문제점을 개선하기 위하여 필름 제조시에 충진제의 투입량을 최소 내지 극소로 하고 필름의 편면 또는 양면에 슬립성 또는 내블로킹(antiblocking)성을 부여하는 물질을 코팅(ILC, In-Line Coating)하여 필름의 투명성을 높이는 방법이 개발되어 이용되고 있다. 그러나 ILC를 이용한 고투명 폴리에스테르 필름의 제조방법은 블로킹 현상을 해결하면서 고투명 폴리에스테르 필름을 만들 수 있다는 장점은 있지만 기존의 필름 제조 공정 외에 하나의 코팅 공정이 더 추가되기 때문에 필름의 제조 원가가 상승하게 되고, 생산 속도의 감소, 공정관리의 어려움, 용매의 사용으로 인한 작업성 저하 등의 단점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 미립자 첨가법에 의한 슬립성 개선시에 투명성 저하를 방지할 수 있고 보이드가 생기지 않아 내마모성이 우수하며, 입자의 탈락이 방지되고, 별도로 필름의 코팅 공정이 필요없는 폴리에스테르 수지 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 에틸렌 테레프탈레이트 또는 에틸렌 나프탈레이트로 구성되어 있는 폴리에스테르 필름에 있어서, 평균 입경이 0.01 내지 10㎛이고, 표면이 알루미늄 또는 규소를 함유한 무기화합물로 코팅된 황산바륨 미립자 500 내지 2,000ppm(폴리에스테르 수지 중량 기준), 상기 황산바륨 미립자를 분산하는 분산제 0.1 내지 5중량%(황산바륨 미립자 중량 기준)을 포함하는 폴리에스테르 필름이 제공된다.

본 발명의 한 구현예에 따르면, 황산바륨 미립자의 분산제는 STPP(Sodium Tripolyphosphate) 또는 KTPP(Kalium Tripolyphosphate)인 폴리에스테르 필름이 제공된다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 수지 필름은 무기 화합물로 코팅된 황산바륨 미립자를 첨가제로 포함함으로써, 투명성이 유지되면서도 슬립성이 우수하다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 황산바륨 첨가를 통한 필름 표면에서의 미세요철(凹凸)을 형성하여 블로킹 현상을 해결하고, 상기 미립자를 알루미늄 또는 규소를 함유한 무기화합물로 코팅하여 코팅된 황산바륨 미립자의 굴절률과 폴리에스테르 수지의 굴절률을 유사하게 함으로써 폴리에스테르 필름의 투명도를 유지할 수 있도록 한 것이다. 또한 황산바륨의 표면을 알루미늄 또는 규소를 함유한 무기화합물로 코팅하면 폴리에스테르 수지와의 접착력이 향상되어 필름 생산시 연신 공정에서 상기 첨가제와 폴리에스테르 수지의 계면에서의 보이드의 발생에 의한 굴절률 변화에 따른 투명도 저하의 문제를 방지하게 된다.

본 발명에서 사용되는 황산바륨 미립자는 평균 입경이 0.01 내지 10㎛이고, 바람직하게는 0.1 내지 5㎛이다. 황산바륨 미립자의 평균 입경이 0.01㎛ 미만이면 황산바륨 입자의 표면 에너지가 증가하게 되어 서로 응집되는 문제가 발생하게 되고, 평균 입경이 10㎛를 초과하면 최종 필름 표면의 조도가 불량하게 되어 슬립성이 떨어지는 문제가 있다.

황산바륨 미립자의 첨가량은 최종 필름 제품에서의 슬립성을 결정하기 때문 에 500 내지 2000 ppm의 양으로 포함되며, 바람직하게는 700 내지 1500ppm이다. 황산바륨 미립자의 첨가량이 500ppm 미만이면 필름 제품의 슬립성이 떨어지게 되고, 2000ppm을 넘는 경우에는 필름의 투명도가 떨어져 광학 특성이 불량해진다.

본 발명에서 무기화합물로 코팅된 황산바륨 미립자의 분산제로는 STPP(Sodium Tripolyphosphate) 또는 KTPP(Kalium Tripolyphosphate)를 사용할 수 있다. 이 경우 황산바륨 미립자에 대하여 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%를 사용하는 것이 좋은데, 0.5 중량% 미만 첨가할 경우 미립자인 황산바륨이 응집하는 등 원하는 분산성을 얻기 어려우며, 2 중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 필름의 물성이 저하될 뿐만 아니라 경제적으로도 좋지 않다.

이와 같이 얻은 폴리에스테르 필름의 헤이즈 값은 0.1 내지 1.5가 된다. 가장 좋게는 0.2 내지 1.0 수준이다. 헤이즈 값이 0.2 미만이면 첨가된 황산바륨의 양이 적어 최종 필름 제품의 슬립성이 떨어지게 되고, 헤이즈 값이 1.0을 넘는 경우에는 필름의 투명도가 떨어져 광학특성이 불량해진다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것이며 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

하기의 실시예 및 비교예에서 제조되는 필름의 각종 성능 평가는 다음의 방법으로 실시하였다.

(1) 분산성 평가

중합된 폴리에스테르 수지에서의 황산바륨의 분산도는 SEM-IA를 이용하여 분 석하였다.

(2) 헤이즈 및 빛 투과율

ASTM D1003에 준하여 측정하고 백분율로 표시하였다. 헤이즈미터(일본, TOYOSEIKI)를 사용하여 가시광선 영역에서 필름의 헤이즈 및 빛 투과율을 측정하였다.

(3) 마찰계수

25℃, 60% RH 조건하에서 동/정 마찰계수를 ASTM D1894에 준하여 측정하였다. 하부 시편의 길이(㎜)는 250×130, 상부 시편의 길이(㎜)는 65×60으로 하였고 150㎜/min의 속도로 5회 측정하여 최대 값과 최소 값을 제외한 나머지 값의 평균값으로 구하였다.

[실시예 1]

테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)을 1대 1.2 당량비로 혼합하여 슬러리를 조제한 후, 온도 265℃의 반응조에서 직접에스테르화 반응시켜 저분자량 올리고머를 제조한 다음, 에틸렌글리콜에 분산시킨 황산바륨 1000ppm(분산제 STPP 1wt%), 중축합 촉매로 삼산화안티몬, 열안정제로 인산 및 금속아세트산염으로 마그네슘아세트산을 첨가한 후, 온도 300℃의 반응조에서 고진공 중축합 반응을 행하여 고투명 폴리에스테르 수지를 제조하고, 이를 칩의 형태로 하였다.

이 칩상의 폴리머를 다시 건조, 용융, 압출하여 두꺼운 시트(Sheet)로 만든 다음, 폴리에스테르의 유리전이온도 이상에서 2축연신하고, 연화점 이하에서 열고정하여 폴리에스테르 필름을 제조하였다.

이와 같이 제조된 폴리에스테르 수지에 대한 황산바륨 미립자의 분산성과 폴리에스테르 필름의 헤이즈, 빛 투과율, 및 마찰계수를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 2~3]

황산바륨의 투입량을 표 1과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 수지를 제조하고 황산바륨 미립자의 분산성과 폴리에스테르 필름의 헤이즈, 빛 투과율, 및 마찰계수를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 4~5]

분산제의 투입량을 표 1과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 수지를 제조하고 황산바륨 미립자의 분산성과 폴리에스테르 필름의 헤이즈, 빛 투과율, 및 마찰계수를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

[비교예 1~3]

첨가제로 황산바륨 대신 실리카를 사용하고 분산제를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 수지를 제조하고 황산바륨 미립자의 분산성과 폴리에스테르 필름의 헤이즈, 빛 투과율, 및 마찰계수를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

구 분	중합물 제조조건			중합물 물성
	황산바륨	실리카	STPP	분산성	헤이즈	빛투과율	마찰계수
	(ppm)	(ppm)	(wt%)		(%)	(%)	동	정
실시예 1	1000	-	1	○	0.4	99.1	0.46	0.609
실시예 2	700	-	1	◎	0.3	99.1	0.56	0.682
실시예 3	1500	-	1	○	0.7	89.4	0.42	0.537
실시예 4	1000	-	0.5	△	0.5	89.8	0.49	0.635
실시예 5	1000	-	2	◎	0.2	99.4	0.43	0.569
비교예 1	-	1000	-	◎	2.9	88.3	0.43	0.564
비교예 2	-	700	-	◎	2.4	88.9	0.52	0.678
비교예 3	-	1500	-	○	3.6	87.8	0.39	0.471

상기 표 1에서 보듯이 본 발명에 따른 폴리에스테르 필름은 황산바륨 미립자의 분산성이 양호하고, 마찰계수가 작으며 투명성이 우수함을 알 수 있다.

본 발명은 고투명 폴리에스테르 필름 제조시 표면이 무기화합물로 코팅된 황산바륨 미립자를 첨가제로 사용함으로써 슬립성이 좋고 투명도가 뛰어나며 내마모성이 우수한 고투명 폴리에스테르 필름을 얻을 수있다.

Claims (2)

1. 반복 단위가 에틸렌 테레프탈레이트 또는 에틸렌 나프탈레이트로 구성되어 있는 폴리에스테르 필름에 있어서,

   평균 입경이 0.01 내지 10㎛이고, 표면이 알루미늄 또는 규소를 함유한 무기화합물로 코팅된 황산바륨 미립자 500 내지 2,000ppm(폴리에스테르 수지 중량 기준),

   상기 황산바륨 미립자를 분산하는 분산제 0.1 내지 5중량%(황산바륨 미립자 중량 기준) 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 분산제는 STPP(Sodium Tripolyphosphate) 또는 KTPP(Kalium Tripolyphosphate)인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 필름.