KR20080077185A - 광학적 응용을 위한 프리즘 필름 - Google Patents

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알렉산더 라쉬취
크리스티안 로트
크리스토프 크로머
헬무트 헤링
데틀레프 비르트
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에보니크 룀 게엠베하
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Abstract

본 발명은 프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일, 프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일의 제조방법 및 그의 용도에 관한 것이다.
플라스틱 포일, 프리즘 구조, 공압출, 광학적 응용

Description

광학적 응용을 위한 프리즘 필름 {PRISMATIC FILMS FOR OPTICAL APPLICATIONS}
본 발명은 프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일, 프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일의 제조방법 및 그의 용도에 관한 것이다.
여러 응용 분야에 있어서, 산업계는 플라스틱이 이러한 목적에 적절한 경우 플라스틱 표면의 구조화 방법을 개발하여 왔다. 예로써, 열가소성 물질의 경우 표면의 구조화는 바람직하게는 적절한 온도에 이른 표면에 엠보싱 장치를 작용시킴으로써 달성된다[참조: Becker-Braun, Kunststoff-Handbuch [Plastics handbook], Vol. 1, 543 - 544, Hanser-Verlag 1990; K.　Stockhert, Veredeln von Kunststoffoberflachen [Finishing of plastics surfaces], Hanser 1975]. 시판되는 제품은 특히, 특징적으로 구조화된 표면을 갖는 PMMA 기재 플라스틱 패널 재료이다. 이들은 특히, 3-롤 연마 스택(polishing stack) (칼렌더)에서 동시 엠보스먼트(embossment)로 압출됨으로써 제조된다. 여기서 1개의 롤 (엠보싱 롤)은 원하는 시트 구조의 음각(negative)으로 제공된다. 구조화된 시트의 경우, 목적하는 바는 롤 구조를 최대 품질로 재현하는 것이다. 이러한 목적은 최소 용융 점도 및 최대 롤 온도의 설정을 통해 달성된다. 또한, 실시로부터 명백한 바와 같이, 최대 압력은 최대 엠보싱력을 전달할 수 있도록 닙(nip)에서 가장 좁은 지점(즉, 평탄한 롤과 구조화된 롤 사이의 틈)에 앞서 높아야 한다. 구조화된 패널을 산업적으로 압출시키는 경우, 언급한 세 조건의 결과를 절충하는 것은 불가피하다.
선행 기술의 방법에 따른 구조화된 표면을 갖는 플라스틱 시트의 제조는 특히, 구조의 섬세함 및 정밀함과 관련하여 특히 엄격한 요건이 존재하는 경우 한계에 부딪친다.
기재된 파라미터의 적절한 조정을 위한 기회는 제한된다: 대부분의 플라스틱 용융물은 고온의 금속에 접착하기 때문에, 롤 온도를 원하는 만큼 증가시킬 수 없다. 이러한 접착 경향은 특정 롤 온도에서 시작하는 엠보싱 롤로부터 이형시키는데에 있어서 어려움을 초래한다. 예를 들어, 높은 용융 온도를 설정하는 것을 통해, 플라스틱의 용융 점도를 원하는 만큼 낮게 선택할 수는 없는데, 이는 다른 면에서 닙에서의 엠보싱력이 너무 작아지기 때문이다.
이러한 방법에 의해 제조되고 이러한 제한을 갖는 시트의 재현 정밀도는 특정 응용에 있어서 충분히 양호하지 않으며, 즉, 미세 구조가 정확하게 형성되지 않거나 라운드-오프(rounded-off)된다. 따라서, 구조화된 표면을 제조할 수 있고, 매우 미세한 표면 구조를 갖는 엠보싱 롤의 높은 재현 정밀도와 같은 언급된 요건들을 충족시키는 방법을 제공하는 것이 목적이다.
다른 과제는 구조화된 표면을 갖는 얇은 포일의 제조이다. DE　4407468에서 시트 두께는 0.5 내지 25　mm로 제한된다. 적용되는 상대적으로 저점도인 층의 두께는 0.2 내지 5　mm로 제한된다. 생성된 제품은 두께가 0.7 내지 30 mm인 고체 패 널이다. 시트-제조 기술을 얇은 포일로 옮기는 것은 매우 어렵다.
다른 목적은 구조화된 표면을 갖는 얇은 포일을 제공하는 것이다.
US　5175030에는 프리즘 구조를 갖는 포일의 제조방법이 기재되어 있다. 복잡한 배치식 방법에 의해 수지를 완성된 포일에 적용하고, 엠보싱을 위해 마스터(master)를 사용하며, 자외선을 사용하여 복합체를 경화시킨다. 그 다음, 마스터를 미세구조화된 필름으로부터 분리시킨다. 특히 배치식 제조방법의 문제점은 높은 생산 비용뿐만 아니라, 제한된 포일 치수이다. 마스터의 최대 치수는 약 1200 × 1200 mm이다.
다른 목적은 비용-효과적인 연속 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 압출 방법으로 두께가 0.10 내지 0.35 mm인 기재 포일과 저점도 층을 공압출시킨 다음, 포일 복합체를 구조화된 표면을 갖는 롤을 포함하는 가열가능한 연마 롤 스택에 의해 구조화하는 것을 특징으로 하는, 프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일의 연속 제조방법을 통해 달성된다.
구조화된 표면을 갖는 롤(엠보싱 롤)을 포함하는, 2개의 압출기 및 연마 롤 스택이 장착된 압출 시스템을 사용하여, 저점도 층이 고점도 기재 포일에 도포된 공압출된 플라스틱 포일을 제조한다. 그 다음, 공압출된 플라스틱 포일을 연마 롤 스택에서 엠보싱 롤을 통해 구조화한다. 고점도 기재 포일의 사용은 필수적인 엠보싱력이 도입되는 것을 가능하게 한다. 기재 포일 및 공압출 층 둘 다 바람직하게는 열가소성 물질이다.
사용될 수 있는 열가소성 물질은 폴리아크릴레이트, 특히 PMMA, 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, LDPE, HDPE, PP, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, PVC, 폴리스티렌, 폴리아미드이다. 저점도 공압출 층은 유리하게는 기재 포일과 동일한 플라스틱 등급으로 이루어질 수 있으나, 이는 또한 이와 충분히 상용성인 플라스틱으로 이루어질 수도 있다[참조: J.E. Johnson, Kunststoffberater 10, 538-541 (1976)]. 언급될 수 있는 일반적인 법칙은 높은 정밀도의 재현을 위해 공압출 물질의 용융 점도는 사출-성형 조성물의 것과 일치해야 한다는 것이다. 폴리카르보네이트를 사용하는 것이 특히 바람직한데, 이는 1.58의 굴절률이 광학적 응용에 있어서 양호한 적합성을 갖기 때문이다. 예로써, 빛의 효율적인 굴절은 폴리카르보네이트를 사용함으로써 가능해진다.
공압출된 층은 바람직하게는 저점도 물질로 이루어진다. 유동 개선제가 또한 상기 물질에 첨가될 수 있다. 적절한 유동 개선제는 저분자량 화합물, 예를 들어 저분자량 폴리메틸 메타크릴레이트이다.
고점도 기재 포일과 저점도 공압출 층 간의 MVR(melt volume flow rate; 용융 부피 흐름 속도) 비는 이상적으로는 1:20 내지 1:8, 바람직하게는 1:10이다.
저점도 공압출 층의 두께는 기능에 따라 다르다. 구조의 엠보스먼트는 공정 파라미터가 정밀하고 적절하게 조정될 것을 요구한다. 적절한 조정을 위한 가능성이 제한된다: 대부분의 플라스틱 용융물은 고온 금속에 접착되기 때문에, 롤 온도를 원하는 만큼 증가시킬 수 없다. 이러한 접착 경향은 특정 롤 온도에서 시작하는 엠보싱 롤로부터 이형시키는데에 있어서 어려움을 초래한다. 예를 들어, 높은 용융 온도를 설정하는 것을 통해, 플라스틱의 용융 점도를 원하는 만큼 낮게 선택할 수는 없는데, 이는 다른 면에서 닙에서의 엠보싱력이 너무 작아지기 때문이다.
공압출 층이 보다 높은 점도로 조정되는 경우, 짝을 이룬 롤(paired roll)로부터의 압력을 통해 적용되는 힘은 허용가능한 엠보스먼트를 달성하는데 충분하지 않다.
따라서 공압출 층의 층 두께가 특정한 영향을 끼친다. 층 두께는 구조의 양호한 재현을 위해 엠보싱 롤의 구조 높이의 1/4 이상이어야 한다.
놀랍게도, DE4407468에서의 기재와 달리, 저점도 공압출 층이 엠보싱 롤의 구조의 최대 깊이를 초과하는 경우일 지라도, 저점도 플라스틱으로 이루어진 매우 두꺼운 공압출 층의 적용으로 균일한 프리즘 구조의 엠보스먼트가 유도된다는 것을 발견하였다.
공정 파라미터가 적절하고 이상적으로 채택된다면 임의의 이형제의 사용을 생략할 수 있다. 이럼에도 불구하고, 공압출 층에 이형제의 사용이 요구되는 경우, 당업자라면 선행 기술로부터 공지된 물질을 사용할 수 있다[ 참조: H.F.　Mark 등, Encyclopedia of Polymer Science & Engineering, Index Volume pp. 307 - 324, J.　Wiley 1990; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. Vol. A20, pp. 479 -483, VCH 1992; R.　Gaechter, H.　Muller Kunststoffadditive [Plastics additives], 3rd Edn. Carl Hanser Verlag 1989].
공압출 층에 사용되는 이형제의 함량은 바람직하게는 공압출물의 중량을 기준으로 하여, 0 내지 0.34 중량%의 범위이다. 고급 알코올이 특히 언급될 수 있다.
공압출 조성물에서 이형제의 사용은 용융물이 고온 금속에 접착되는 경향을 감소시킨다. 따라서 엠보싱 공정 중 엠보싱 롤 온도를 상당히 증가시킬 수 있다. 공압출 조성물의 유리 전이 온도 Tg의 최대 70℃ 초과가 지침으로서 언급될 수 있다 (유리 전이 온도 Tg는 공지되어 있거나 계산될 수 있다 [참조: Brandrup-Immergut, Polymer Handbook, Chapter V, J.　Wiley, Vieweg-Esser, Kunststoff-Handbuch [Plastics handbook], Vol. IX, 333　-　340, Carl Hanser 1975]).
본 발명의 공정을 위한 가능한 방법은 다음과 같다: 압출 시스템은 본질적으로 주 압출기, 공압출기 및 공압출 도구로 이루어진다.
압출된 포일의 최대 폭은 공압출 도구를 통해 결정된다. 압출된 포일의 폭은 일반적으로 400 내지 2000 mm이다. 이들의 두께 역시 마찬가지로 공압출 공정의 조건에 따라 제한된다. 기재 포일의 두께는 일반적으로 0.10 내지 0.35　mm이고, 여기서 저점도 물질로부터 형성된 층에 대한 주요 결정 인자는 구조화로 의도된 기능이다. 그러나, 그의 층 두께는 일반적으로 0.006 내지 0.075　mm이다. 엠보싱 롤의 구조 깊이는 이상적으로는 0.025 내지 0.070　mm이다.
주 압출기를 통해 적절한 온도에 이른 기재 성형 조성물 및 공압출기에서 적절한 온도에 이른 저점도 성형 조성물은 공압출 도구에서 합해진다. 여기서 기재 성형 조성물에 대해 생성된 다이 온도에 대한 대략적인 지침은 다음과 같다:
기재 성형 조성물 처리 온도 (℃)
폴리메틸 메타크릴레이트 230 - 290
폴리스티렌 190 - 230
폴리카르보네이트 250 - 300
공압출 도구로부터 벗어난 공압출물을 엠보싱 롤인 1개의 롤이 그의 표면에 원하는 구조화된 포일 표면의 음각이 나타나는 방식으로 고안된 연마 롤 스택을 통과시킨다. 압력-적용 롤과 엠보싱 롤 사이에 닙이 존재한다. 여기서 최대 압력은 엠보싱력의 전달이 가능하도록 가장 좁은 지점에 앞서 높게 의도된다. 연마 롤 스택은 다른 점에 있어서 선행 기술에 상응한다. 구조화된 표면을 갖는 압출된 포일을 지지 롤러 위로 이송한다. 그 다음, 이들을 원하는 길이로 절단하고/거나 권취할 수 있다. 이 때, 프로파일은 엠보싱 롤 표면의 정확한 재현을 나타낸다.
기재 포일의 두께가 0.10 내지 0.35　mm인, 프리즘 구조를 갖는 임의의 원하는 길이의 공압출된 플라스틱 포일의 제공이 가능하다는 것이 처음으로 밝혀졌다.
프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일에서 기재 포일 대 공압출된 층의 MVR 비는 1:20 내지 1:8, 바람직하게는 1:10이다.
공압출된 층의 두께는 구조 높이의 1/2 이상일 수 있다. DE　4407468에서와 달리, 공압출된 층의 두께는 엠보싱 롤의 구조화된 깊이보다 클 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 포일의 응용 분야는 광학 재료에 의해 제공된다. 광학적 응용은 고품질 재료를 필요로하기 때문에, 본 공정은 바람직하게는 청정실 조건하에 수행된다. 디스플레이의 백라이팅용 포일과 같이 특히 관심있는 응용을 위해, 조작은 등급 100의 청정실 조건에서 수행되는데, 이는 주위 공기에 존재하는 먼지로 인해 포일의 허용될 수 없는 오염이 초래되기 때문이다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 제공된 것이며, 본 발명을 여기에 개시된 특징으로 한정하려는 것이 아니다.
실시예 1:
MVR 값이 6인 폴리카르보네이트를 MVR 값이 66인 저점도 폴리카르보네이트와 함께 공압출 시스템에서 공압출시켰다.
기재 포일의 폭은 1800　mm, 그의 두께는 150 ㎛였으며, 공압출된 층의 두께는 25 ㎛였다.
공압출물을 가열가능한 연마 롤 스택, 이 경우 프리즘 구조를 갖는 엠보싱 롤을 포함하는 3-롤 연마 롤 스택 위로 통과시켰다. 상기 엠보싱 롤의 구조화된 깊이는 50　㎛였다. 상기 엠보싱 롤을 약 200℃로 가열하였다. 공압출된 포일을 20　m/분의 속도로 엠보싱 롤 위로 통과시켰다.
생성물은 프리즘 구조의 매우 양호한 복제성(replication)을 갖는 폴리카르보네이트로 이루어진 공압출된 플라스틱 포일이었으며, 이러한 제품은 광학적 응용, 예를 들어, 디스플레이의 백라이팅용으로 적절하다.
실시예 2:
MVR 값이 6인 폴리카르보네이트를 MVR 값이 66인 저점도 폴리카르보네이트와 함께 공압출 시스템에서 공압출시켰다.
기재 포일의 폭은 400　mm, 그의 두께는 500 ㎛였으며, 공압출된 층의 두께는 70 ㎛였다.
공압출물을 가열가능한 연마 롤 스택, 이 경우 프리즘 구조를 갖는 엠보싱 롤을 포함하는 3-롤 연마 롤 스택 위로 통과시켰다. 상기 엠보싱 롤의 구조화된 깊이는 50　㎛였다. 상기 엠보싱 롤을 약 200℃로 가열하였다. 공압출된 포일을 2　m/분의 속도로 엠보싱 롤 위로 통과시켰다.
생성물은 프리즘 구조의 매우 양호한 복제성을 갖는 폴리카르보네이트로 이루어진 공압출된 플라스틱 포일이었으며, 이러한 제품은 광학적 응용, 예를 들어, 디스플레이의 백라이팅용으로 적절하다.
실시예 3:
MVR 값이 3인 폴리카르보네이트를 MVR 값이 60인 저점도 폴리카르보네이트와 함께 공압출 시스템에서 공압출시켰다.
기재 포일의 폭은 400　mm, 그의 두께는 500 ㎛였으며, 공압출된 층의 두께는 70 ㎛였다. 공압출물을 프리즘 구조를 갖는 엠보싱 롤을 포함하는 가열가능한 3-롤 연마 롤 스택 위로 통과시켰다. 상기 엠보싱 롤의 구조화된 깊이는 50　㎛였다.
상기 엠보싱 롤을 약 200℃로 가열하였다. 공압출된 포일을 2　m/분의 속도로 엠보싱 롤 위로 통과시켰다.
생성물은 프리즘 구조의 매우 양호한 복제성을 갖는 폴리카르보네이트로 이루어진 공압출된 플라스틱 포일이었으며, 이러한 제품은 광학적 응용, 예를 들어, 디스플레이의 백라이팅용으로 적절하다.
실시예 4:
MVR 값이 1.2인 폴리메틸 메타크릴레이트를 MVR 값이 12인 저점도 폴리메틸 메타크릴레이트와 함께 공압출 시스템에서 공압출시켰다.
기재 포일의 폭은 400　mm, 그의 두께는 800 ㎛였으며, 공압출된 층의 두께는 25 ㎛였다. 공압출물을 프리즘 구조를 갖는 엠보싱 롤을 포함하는 가열가능한 3-롤 연마 롤 스택 위로 통과시켰다. 상기 엠보싱 롤의 구조화된 깊이는 100　㎛였다.
상기 엠보싱 롤을 약 180℃로 가열하였다. 공압출된 포일을 2　m/분의 속도로 엠보싱 롤 위로 통과시켰다.
생성물은 프리즘 구조의 매우 양호한 복제성을 갖는 폴리메틸 메타크릴레이트로 이루어진 공압출된 플라스틱 포일이었다.

Claims (13)

  1. 압출 방법으로 두께가 0.10 내지 0.35 mm인 기재 포일과 저점도 층을 공압출시킨 다음, 포일 복합체를 구조화된 표면을 갖는 롤을 포함하는 가열가능한 연마 롤 스택에 의해 구조화하는 것을 특징으로 하는, 프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일의 연속 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 압출 방법으로 두께가 0.10 내지 0.35 mm인 기재 포일과 두께가 구조 높이의 1/4 이상인 저점도 층을 공압출시키는 것을 특징으로 하는, 공압출된 플라스틱 포일의 연속 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 압출 방법으로 기재 포일과 두께가 구조 높이보다 큰 저점도 층을 공압출시키는 것을 특징으로 하는, 공압출된 플라스틱 포일의 연속 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 기재 포일과 저점도 층의 MVR 비가 1:8 내지 1:20인 것을 특징으로 하는, 공압출된 플라스틱 포일의 연속 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 엠보싱 롤의 온도가 공압출 조성물의 유리 전이 온도의 최대 70℃ 초과인 것을 특징으로 하는, 공압출된 플라스틱 포일의 연속 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 공압출 조성물이 또한 이형제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공압출된 플라스틱 포일의 연속 제조방법.
  7. 기재 포일의 두께가 0.10 내지 0.35 mm인 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일.
  8. 기재 포일 대 공압출된 층의 MVR 비가 1:20 내지 1:8인 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 갖는 공압출된 플라스틱 포일.
  9. 제7항에 있어서, 기재 포일 대 공압출된 층의 MVR 비가 1:10인 것을 특징으로 하는 공압출된 플라스틱 포일.
  10. 제7항에 있어서, 공압출된 층의 두께가 구조 높이의 1/4 이상인 것을 특징으로 하는 공압출된 플라스틱 포일.
  11. 제7항에 있어서, 공압출된 층의 두께가 구조 깊이보다 큰 것을 특징으로 하는 공압출된 플라스틱 포일.
  12. 제1항에 따른 방법에 의해 제조된 공압출된 플라스틱 포일의 광학적 응용에 있어서의 용도.
  13. 제1항에 따른 방법에 의해 제조된 공압출된 플라스틱 포일의 디스플레이의 백라이트용으로서의 용도.
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