KR20060116058A - 축차 이축연신을 이용한 다층 수축필름의 제조방법 - Google Patents

축차 이축연신을 이용한 다층 수축필름의 제조방법 Download PDF

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Abstract

축차 이축연신을 이용하여 양호한 물성의 수축필름을 경제적으로 제조하는 방법이 개시된다. 상기 다층 수축필름의 제조방법은 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하는 3개의 시트를 다이를 통하여 공압출하는 단계; 및 상기 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하는 3개의 시트를 축차 이축연신시키는 단계를 포함하며, 상기 중앙층은 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체를 포함하고, 상기 내부층 및 외부층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지로 이루어진다.
T-다이 축차 이축연신, 수축필름, 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체, α-올레핀 공중합체, 수축성, 투명도

Description

축차 이축연신을 이용한 다층 수축필름의 제조방법 {Method for preparing shrinkable multilayer film by sequential biaxial stretching}
본 발명은 다층 수축필름의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축차 이축연신을 이용하여 양호한 물성의 수축필름을 경제적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수축필름의 원료로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC) 등이 사용되고 있으나, 이를 사용하여 제조된 단층 수축필름은 인장강도, 충격강도, 파괴강도 등의 물성이 불량하여, 쉽게 파손될 뿐 만 아니라, 열접착 강도가 열악하여 열접착 부위가 떨어지는 경우가 발생한다. 이러한 단점을 보완하기 위하여, 최근에는 여러 종류의 다층 수축필름이 개발되고 있으며, 이러한 다층 수축필름은 통상 동시 연신을 실시하는 블로운 방식 공정(Double Bubble Process)에 의하여 제조되고 있다. 이와 같이 동시 연신을 통한 수축필름의 제조방법은 투명성 및 저온에서의 수축률이 높고, 종방향 및 횡방향으로 균형적인 수축 율을 가지는 수축필름을 제조할 수 있다는 장점이 있으나, 공지된 필름 생산 방식인 공압출기/T-다이/캐스트(Cast)/MDO/텐터(Tenter) 공정에 비하여 생산성이 낮아, 경제적으로 불리할 뿐 만 아니라, 생성된 수축 필름의 두께 편차가 고르지 못한 단점이 있다.
한편, 미합중국 특허 제6,025,079호에는, 동시 이축연신 수축필름의 특성인 횡방향/종방향 수축 균형성을 만족시키기 위해서는, 폴리프로필렌계 수지중에서도 프로필렌-에틸렌 공중합체 또는 프로필렌-에틸렌-1-부텐 삼원 공중합체를 원료로 사용하는 것이 바람하다고 개시되어 있다. 통상, 결정화도가 높은 수지는 수축장력이 낮으므로, 연신온도를 증가시킴에 따라 필름의 수축율이 저하되며, 결정부분들이 형태적 방해로 작용하여 필름의 수축성을 저하시키는 반면, 결정화도가 낮은 프로필렌-에틸렌 공중합체나 프로필렌-에틸렌-1-부텐 삼원 공중합체는 양호한 수축특성을 나타낸다. 그러나, 수지의 결정화도가 너무 낮으면 수지의 연화점이 낮아지며, 연화점이 낮은 필름은 후가공 공정에서의 작업성을 저하시키는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하여, 공압출 다이를 이용하여 경제적으로 수축필름을 제조할 수 있는 다층 수축필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 두께 편차가 작으며, 양호한 물성을 가지는 다층 수 축필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 T-다이 축차 이축연신에 적합한 내부/외부층 및 중앙층으로 이루어져 있으며, 후가공이 용이한 다층 수축필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하는 3개의 시트를 다이를 통하여 공압출하는 단계; 및 상기 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하는 3개의 시트를 축차 이축연신시키는 단계를 포함하며, 상기 중앙층은 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체를 포함하고, 상기 내부층 및 외부층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지로 이루어진 것인 축차 이축연신을 이용한 다층 수축필름의 제조방법을 제공한다. 여기서, 상기 중앙층은 중앙층 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%의 선형저밀도 폴리에틸렌을 포함하고, 상기 시트의 축차 이축연신은 종방향연신기에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 다층 수축필름의 제조에 있어서는, 통상의 이축배향 폴리프로필렌 (Biaxial Orientation Poly Propylene: BOPP) 필름 생산장치를 별도의 전용 장비를 설치하지 않고, 그대로 사용한다.
본 발명에 따라 다층 수축필름을 제조하기 위해서는, 먼저 2 또는 3개의 압출기를 이용하고, 2 또는 3개의 필름층을 함께 압출하는 공압출(co-extrusion) 다이를 사용하여, 중앙층, 내부층 및 외부층으로 이루어진 3개의 시트(sheet)를 형성한다. 여기서, 상기 공압출 다이로는 통상의 T-다이(die)를 사용할 수 있다. 상기 중앙층은 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체를 포함하며, 필요에 따라 α-올레핀 공중합체인 선형저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene: LLDPE)과 상기 삼원공중합체의 컴파운드 또는 블랜드로 이루어질 수 있다. 상기 삼원공중합체의 α-올레핀으로는 1-부텐, 1-옥텐, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 삼원공중합체에 있어서, 공중합체를 이루는 각 단량체 성분의 함량은 필요에 따라 적절히 변경될 수 있으나, 상기 에틸렌 단량체의 사용량은 통상 3 내지 5 중량%이고, 상기 α-올레핀 단량체의 사용량은 통상 3 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 만일 상기 어느 하나의 단량체의 사용량이 너무 적은 경우에는, 최종 수축필름의 수축율이 충분하지 못할 우려가 있다. 또한 상기 중앙층에 선형저밀도 폴리에틸렌이 포함될 경우, 그 함량은 중앙층 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%, 바람직하게는 25 내지 45중량%이며, 만일 상기 선형저밀도 폴리에틸렌의 사용량이 10 중량% 미만이면 요구하는 수축율을 만족시키지 못할 우려가 있고, 60 중량%를 초과하면 공정중 파열을 유발할 우력가 있다. 상기 내부층 및 외부층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지로 이 루어진다. 상기 에틸렌-프로필레 공중합체로는 통상의 랜덤 또는 블록 에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 랜덤 에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용할 수 있다. 또한 상기 프로필렌-에틸렌-α-올레핀 삼원공중합체는 앞서 언급한 중앙층에 사용된 것과 동일한 범위의 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 내부층, 중앙층 및 외부층을 구성하는 각 수지 성분은, 예를 들어 대전방지제, 브로킹방지제, 안정제, 핵제와 같은 통상의 첨가제를 필요에 따라 포함할 수 있다.
이와 같이, 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하는 3개의 시트(sheet)를 공압출한 다음, 이들을 축차 이축연신시킨다. 상기 시트의 축차 이축연신은 통상의 종방향연신기(Machine Direction Orientaion: MDO)를 사용하여 수행될 수 있다. 이와 같은 필름의 축차 연신 과정에서 연신온도, 횡방향/종방향의 연신비 등을 적절히 조절하여, 수축필름의 횡방향/종방향 수축율을 조절할 수 있다. 이와 같이 형성되는 수축필름의 두께는 그 용도에 따라 적절히 설정될 수 있으나, 통상 30㎛ 이하, 예를 들면 10 내지 20㎛의 두께를 가진다.
이와 같이 본 발명에 따른 다층 수축필름의 제조방법은 기존의 이축 배향 폴리프로필렌 필름 제조에 사용되는 공압출기/T-다이(T-Die)/캐스트(Cast)/MDO/텐터(Tenter) 설비를 그대로 사용하므로, 블로운 방식의 다층 수축필름 제조공정과 비교하여 제조비용을 현저히 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 두께 편차가 작은 다층 수축필름을 제조할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 수축필름이 양호한 수축특성 을 나타내는 이유는, 동시 이축연신기를 이용하여 동시 연신을 실시함에 따라 횡방향/종방향 수축 균형성을 가지는 필름을 생산하는 것(미합중국 특허 제 6,025,079호 참조)과는 달리, 필름연신시 연신온도 및 횡방향/종방향의 연신비를 적절하게 조절함으로서 횡방향/종방향의 수축율을 조절할 수 있기 때문이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하고자 하나, 본 발명의 범주가 하기 예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 수축필름의 제조
하기 표 1에 기재된 바와 같은 성분과 양의 수지를 이용하고, 통상의 압출기 및 T-다이를 이용하여 3층의 시트(중앙층, 내부층 및 외부층)를 형성하였으며, 형성된 시트를 통상의 BOPP(Biaxial Orientation Poly Propylene) 필름생산 방식인 공압출기/T-다이/캐스트(Cast)/MDO/텐터(Tenter)로 이루어진 필름생산 라인에 연속 공정으로 적용하여 수축필름을 제조하였다. 즉, 압출기를 통하여 T-다이에서 형성된 시트를 캐스트에서 급냉시킨 후, 종방향연신기(MDO)를 사용하여 82℃의 온도에서 순차적으로 종방향 연신 (연신비율: 6배) 및 횡방향 연신 (연신비율: 8배)을 수행함으로서, 40%이상의 수축 특성을 가지는 수축필름을 제조하였다. 이와 같이 제조된 수축필름의 수축율, 투명성 등 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[실시예 2] 수축필름의 제조
중앙층, 내부층 및 외부층을 모두 동일한 원료로 제조하고, 수축 필름의 표면을 표면처리(코로나처리, CORONA)한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 T-다이 축차 이축연신 다층 수축필름을 제조하였으며, 제조된 수축필름의 수축율, 투명성 등 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[실시예 3]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 중앙층의 원료를 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수축필름을 제조하였으며, 제조된 수축필름의 수축율, 투명성 등 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 1]
하기 표 1에 기재된 바와 같은 성분과 양으로 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하고, 블로운 방식 공정(Double Bubble Process)으로 동시연신을 실시하여 수축필름을 제조하였으며, 제조된 수축필름의 수축율, 투명성 등 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
구분 조성물
내부층 중앙층 외부층
실시예 1 수지 1 수지 2 (LLDPE 함량: 30중량%) 수지 1
실시예 2 수지 1 수지 1 수지 1
실시예 3 수지 1 수지 2 (LLDPE 함량: 40중량%) 수지 1
비교예 1 수지 1 수지 1 수지 1
상기 표 1에서 '수지 1'은 프로필렌/에틸렌/(1-부텐)의 삼원공중합체 (용융온도: 132℃, MI(230℃, 2.16kg)=7.5g/10min, 에틸렌 3.2중량%, 1-부텐 5.5중량%)를 나타내고, '수지 2'는 상기 삼원공중합체(프로필렌/에틸렌/1-부텐) 와 α-올레핀 (옥텐) 공중합체인 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)의 컴파운드를 나타낸다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1
두께(㎛) 15 15 15 15
수축율(MD/TD%) 42/52 38/46 50/57 50/50
투명도(%) 3.8 3.1 3.9 4.5
인장강도(MD) 15.6 17.3 14.3 9.0
인장강도(TD) 18.2 25.1 17.1 10.0
상기 표 2에서, MD는 Machine direction(종방향)을 나타내고, TD는 Transverse direction(횡방향)을 나타내며, 상기 표 2에 기재된 물성의 측정 방법은 다음과 같다.
(1) 투명도: 수축필름의 투명도(흐림도)는 ASTM D1003에 준하여 측정하였다
(2) 수축율: 폭 10㎝ 및 길이 10㎝의 수축필름 시편을 제작한 후, 120℃ 오븐에서 5분 동안 방치한 후, 오븐에서 시편을 꺼내어, 줄어든 길이를 측정한 다음, 다음 수식에 따라 계산하였다.
수축율(%) = (최초 시편의 길이 - 수축후 시편의 길이)/최초 시편의 길이 x 100
상기 표 2로부터, 본 발명에 따라, 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하면, 추가적인 설비 없이, 기존의 필름생산 설비인 BOPP 생산라인을 그대로 이용하여, 수축율이 40% 이상이며, 두께 편차가 작고, 투명도, 인장 강도 등의 물성이 종래와 동등 또는 우수한 다층 수축필름을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 수축필름의 제조방법에 의하면 공압출 다이를 이용하여, 두께 편차가 작고, 양호한 물성의 수축필름을 경제적으로 제조할 수 있으며, 이와 같은 수축 필름은 포장재 등에 유용하다.

Claims (3)

  1. 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하는 3개의 시트를 다이를 통하여 공압출하는 단계; 및
    상기 중앙층, 내부층 및 외부층을 형성하는 3개의 시트를 축차 이축연신시키는 단계를 포함하며,
    상기 중앙층은 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체를 포함하고, 상기 내부층 및 외부층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 프로필렌-에틸렌-α-올레핀의 삼원공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지로 이루어진 것인 축차 이축연신을 이용한 다층 수축필름의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중앙층은 중앙층 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%의 선형저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것인 다층 수축필름의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 시트의 축차 이축연신은 종방향연신기에 의하여 수행되는 것인 다층 수축필름의 제조방법.
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