KR20110020690A - 폴리유산 공중합체를 포함하는 필름, 이의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

폴리유산 공중합체를 포함하는 필름, 이의 제조방법 및 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름; 및 상기 기재 필름상에 형성되고, (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 포함하는 필름, 이의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 필름은 기존에 사용되어 오던 필름에 비하여 생분해성이 우수할 뿐만 아니라 곡면 유연성 및 내구성이 우수하여 벽지, 인몰드 필름 및 아트 필름 등과 같은 건축 마감재 등에 유용하게 사용될 수 있다.
폴리유산, (메타)아크릴레이트, 내구성, 곡면 유연성, 생분해성 필름

Description

폴리유산 공중합체를 포함하는 필름, 이의 제조방법 및 제조장치{Film comprising polylactic acid, manufacturing method and manufacturing device thereof}
본 발명은 폴리유산 공중합체를 포함하는 필름, 이의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
실내 마감재의 사용량이 늘고 용도가 다양해지면서 화려한 색깔과 형상을 소재에 인쇄하고, 스크레치 방지 및 내용품을 장기간 보호하고 상품성을 높이기 위한 하드코팅기술 등이 개발되고 있다.
현재 사용되고 있는 석유계 수지필름, 특히 폴리염화비닐, 폴리스티렌 등은 화재 시 다량의 독성가스를 발생시켜 인명피해의 주요 원인이 되고 있으며 폴리에틸렌테레프탈레이프, 폴리프로필렌 등의 경우, 가스 발생은 상대적으로 적지만, 실내 마감재 시공 시 많은 휘발성 용제와 포르말린 등 발암성 물질들로 인하여 새집증후군과 같은 피부질환을 불러일으키고 있다.
이와 같이, 종래 사용되어 오던 소재들은 폐기물 소각 시 독성 가스를 유발할 뿐 아니라 다량의 이산화탄소를 발생하기 때문에 지구온난화를 촉진하는 원인이 되고 있다.
종래에는 전분 등과 같은 분해성 수지를 난분해성 플라스틱 수지 등에 약 20 내지 40중량% 정도 혼합한 필름을 제조하여 일정 기간이 지나면 분해될 수 있도록 하였다.
그러나 이러한 필름은 혼합된 분해성 수지의 영향으로 기계적 특성이 저하되고, 내열성이 취약하며, 일정 기간이 경과한 후에는 필름에 혼합된 분해성 수지만 선택적으로 분해가 되고, 전체 필름은 단지 물리적으로 잘게 잘라진 형태로 토양에 그대로 축적된다는 단점이 있었다.
이에, 최근에는 수지 자체의 생분해성이 높은 지방족 폴리에스테르 수지에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
상기 생분해성 수지는 석유계 수지와는 달리 지구상에 존재하는 생물체에서 얻을 수 있으며, 화재 시에도 독성가스의 발생을 원천적으로 방지하고, 이의 폐기물을 매립하는 경우에도 일정 온도와 습도 조건 하에서 단기간 내에 분해된다는 장점이 있으나, 결정성이 취약하여 비결정 상태로 블로운 필름 등으로 제조되어 내열성과 기계적 물성을 요구하지 않는 일반 봉지 등의 용도로만 제한적으로 사용되어 왔다.
또한, 상기 지방족 폴리에스테르 수지에 결정성을 부여하기 위하여 다량의 기능성 첨가제를 부가하여 연신 필름을 제조하는 방법도 개발되고 있으나, 이 경우 에도 다량의 무기 기능성 첨가제의 첨가로 인하여 필름의 유연성 및 기계적 특성이 저하되어 뻣뻣한 상태로 존재하게 되며, 이에 따라 내구성 및 곡면 유연성 등의 물성이 떨어지는 한편, 높은 습도에서 수축 등으로 인하여 변형이 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름상에 (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 형성하여 생분해성을 가질 뿐 아니라 내구성 및 곡면 유연성을 현저하게 향상시킨 양질의 필름을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 필름을 제조함에 있어서, 필름의 표면 경도를 우수하게 유지할 뿐 아니라 표면의 외관을 미려하게 유지할 수 있는 필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 필름의 제조 시 연속 공정이 가능하며, 매끄러운 필름 표면 및 우수한 표면 경도를 유지할 수 있도록 특정한 표면 조도를 가지는 삼각형 벨트를 구비하는 본 발명에 따른 필름의 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름; 및 상기 기재 필름상에 형성되고, (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 포함하는 필름을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름을 제조하는 제 1 단계; 및 상기 제 1 단계에서 얻어진 기재 필름상에 (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 형성하는 제 2 단계를 포함하는 본 발명에 따른 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 압출기; 상기 압출기로부터 용융 압출된 수지를 외주면을 따라 이동시키는 컨베이어 벨트; 및 상기 컨베이어 벨트의 일측에 구비되어, 상기 용융 압출된 수지가 필름 형태로 성형될 수 있도록 상기 컨베이어 벨트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하는 본 발명에 따른 필름의 제조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 필름은 폴리유산 공중합체를 포함하여 생분해성을 가질 뿐 아니라 기재 필름의 표면에 (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층이 형성되어 우수한 내구성 및 곡면 유연성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 필름의 제조방법 및 상기 필름 제조 장치를 이용하여 필름을 제조하는 경우, 적정한 표면 조도를 가지는 벨트에 접촉된 상태로 냉각되어 생산 공정의 효율성 및 필름의 미려한 표면 외관을 유지하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 필름은 우수한 내구성, 곡면 유연성 등과 같은 기계적 물성 및 미려한 외관을 가지는 생분해성 필름으로서 벽지, 인몰드 필름 및 아트 필름 등과 같은 실내 건축마감재로 유용하게 사용할 수 있다.
본 발명은 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름; 및 상기 기재 필름상에 형성되고, (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 포함하는 필름에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 필름에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 필름은 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름; 및 상기 기재 필름상에 형성되고, (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 포함한다.
본 발명에 따른 필름의 경우, 상기 기재 필름이 폴리유산 공중합체를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 제조됨에 따라 생분해성을 가질 수 있으며, 이와 함께, 상기 기재 필름상에 (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅액을 도포하고 경화시킴으로써 형성된 코팅층을 포함하므로 우수한 내구성 및 곡면 유연성도 가질 수 있다.
본 발명에서 『폴리유산 공중합체』란, 지방족 폴리에스테르로서 유산(락트산)을 축중합하여 얻어지는 중합체를 의미하며, 상기 유산의 종류로는 L-유산과 D-유산의 광학 이성질체가 있으며, 일반적으로 폴리유산 공중합체는 상기 두 광학 이 성질체 간 랜덤 공중합체의 형태로 존재할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 공지된 다양한 형태의 폴리유산 공중합체가 이에 포함될 수 있다.
또한, 상기 폴리유산 공중합체의 함량이 특별히 제한되는 것은 아니며, 생분해성을 나타낼 수 있는 범위 내에서 다양한 함량으로 기재 필름 내에 함유될 수 있지만, 예를 들면, 기재 필름 전체 100 중량부에 대하여 80 중량부 이상의 양으로 함유될 수 있으며, 보다 구체적으로는 80 내지 90 중량부의 양으로 함유될 수 있다.
상기 폴리유산 공중합체의 함량이 기재 필름 100 중량부에 대하여 80 중량부 미만으로 함유되는 경우, 생분해능이 떨어질 우려가 있으며, 폴리유산 공중합체만으로 성형된 기재 필름을 사용할 수도 있으므로, 폴리유산 공중합체의 함량에 있어서 그 상한치가 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리유산 공중합체는 일반적으로 D-유산 및 L-유산을 적정 비율로 혼합한 후, 공중합시킴으로써 제조될 수 있으며, 이때 함유되는 유산의 함량이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, D-유산은 10 중량부 내지 20 중량부의 양으로 함유될 수 있다.
상기 D-유산이 10 중량부 미만으로 함유되는 경우, 필름의 곡면 유연성이 저하될 우려가 있고, 20 중량부를 초과하여 함유되는 경우, 필름성형이 어려워질 우려가 있다.
또한, 상기 폴리유산 공중합체의 용융온도도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 130 내지 180℃의 용융온도를 가질 수 있다.
상기 폴리유산 공중합체의 용융온도가 130℃ 미만인 경우, 분자량이 지나치게 낮아져서 필름의 기계적 물성이 저하될 우려가 있고, 180℃를 초과하는 경우, 용융이 잘 이루어지지 않아 압출 및 필름 성형이 어려워질 우려가 있다.
또한, 상기 기재 필름의 두께도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 기재 필름의 두께는 50 내지 150 ㎛일 수 있다. 상기 기재 필름의 두께가 50 ㎛ 미만인 경우, 필름 부위별 두께편차가 크고 벨트와 롤 간의 접촉에 의하여 벨트 표면이 훼손될 우려가 있고, 150 ㎛를 초과하는 경우, 내외면 결정화 속도의 차이에 의하여 필름의 휨 현상이 발생할 우려가 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 (메타)아크릴레이트 공중합체의 경우, (메타)아크릴레이트 단량체의 공중합 반응을 통하여 얻어진 것으로서, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 2종 이상의 (메타) 아크릴레이트 단량체를 공중합하여 얻어진 것으로서, 표면 경도 및 신율을 동시에 향상시킬 수 있는 공중합체를 사용할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 상기 (메타)아크릴레이트 공중합체 (A) 글리시딜기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체; 및 (B) C1 내지 C12의 알킬 및 C1 내지 C12의 디알킬로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체를 공중합하여 얻어진 것일 수 있으며, 보다 구체적으로는, (A) 글리시딜기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체; 및 (B) C1 내지 C6의 알킬 및 C1 내지 C6의 디알킬로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체를 공중합하여 얻어진 것일 수 있다.
또한, 상기 (메타)아크릴레이트 공중합체의 함량도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, (A) 글리시딜기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체 50 중량부 내지 80 중량부; 및 (B) C1 내지 C12의 알킬 및 C1 내지 C12의 디알킬로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체 20 중량부 내지 50 중량부를 공중합하여 얻어진 것일 수 있다.
상기 (A) 글리시딜기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체의 함량이 50 중량부 미만이거나, (B) C1 내지 C12의 알킬 및 C1 내지 C12의 디알킬로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체의 함량이 50 중량부를 초과하는 경우, 정상적인 합성이 이루어지지 않을 우려가 있으며 상기 (A) 글리시딜기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체의 함량이 80 중량부를 초과하거나, (B) C1 내지 C12의 알킬 및 C1 내지 C12의 디알킬로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체의 함량이 20 중량부 미만인 경우, 필름의 5% 신율이 떨어질 우려가 있다.
또한, 상기 (메타)아크릴레이트 공중합체의 중량평균분자량도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 중량평균분자량이 5,000 내지 20,000인 것일 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트 공중합체의 중량평균분자량이 5,000 미만인 경우, 내열성 및 기계적 특성이 저하될 우려가 있고, 20,000을 초과하는 경우, 점도가 너 무 높아져 필름성형이 어려워질 우려가 있다. 또한, 상기 (메타)아크릴레이트 공중합체의 중량평균분자량이 상기에 한정된 수치범위를 벗어나는 경우, 우수한 표면 경도 및 신율을 동시에 나타내기 어려워질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 필름은 상기한 바와 같은 코팅층이 기재 필름상에 형성되어 기재 필름의 표면 경도 및 신율을 동시에 보완하고, 우수한 내구성 및 곡면 유연성을 가질 수 있으며, 그 도포량이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 코팅층은 기재 필름상에 1 g/m2 내지 10 g/m2의 양으로 형성될 수 있다.
상기 코팅층이 기재 필름상에 1 g/m2 미만의 양으로 도포되는 경우, 필름의 내구성이 불량해질 우려가 있고, 10 g/m2을 초과하는 양으로 도포되는 경우, 필름의 곡면 유연성이 저하될 우려가 있다.
한편, 상기 기재 필름은 하이드록시 카르복실산을 추가로 포함할 수 있다.
상기 하이드록시 카르복실산은 수지의 점도를 증가시켜 필름의 기계적 특성을 개선하는 역할을 하는 것으로서, 구체적인 예를 들면, 글리콜산 또는 2-하이드록시-3,3-다이메틸부틸산 등이 사용될 수 있으며, 그 함량도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 기재 필름 100 중량부에 대하여 5 중량부 이하의 양으로 함유될 수 있다.
나아가, 상기 기재 필름은 본 발명에서 목적하는 필름의 기본적인 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 이 분야에서 공지된 정전인가제, 대전방지제, 자외선 차단제, 블로킹 방지제 및 무기 활제 등과 같은 첨가제를 1종 또는 2종 이상 추가 로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름을 제조하는 제 1 단계; 및 상기 제 1 단계에서 얻어진 기재 필름상에 (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 형성하는 제 2 단계를 포함하는 본 발명에 따른 필름의 제조방법에 관한 것이다.
여기서, 상기 제 1 단계는 폴리유산 공중합체를 이용하여 기재 필름을 제조하는 단계이다.
보다 구체적으로 상기 제 1 단계는, 폴리유산 공중합체를 함유하는 수지 칩을 용융 압출하는 단계 (1); 및 상기 단계 (1)에서 얻어진 수지를 냉각시키는 단계 (2)를 포함할 수 있다.
단계 (1)은 폴리유산 공중합체를 함유하는 수지 칩을 용융 압출하여 필름 성형을 위한 상태로 제조하는 공정으로서, 상기 폴리유산 공중합체는 전술한 바와 같이, D-유산 및 L-유산을 축중합 반응시킴으로써 제조된 것일 수 있고, 그 종류 및 조성이 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은 폴리유산 공중합체를 포함하는 수지 칩을 용융 압출함으로써 필름 성형용 수지를 제조할 수 있다.
여기서, 상기 용융 압출에 사용되는 압출기로는 이 분야에서 통상적으로 공지된 다양한 형태의 압출기가 사용될 수 있으며, 본 발명의 목적에 따라 수지 칩을 용융 압출시킬 수 있다면, 그 형상 및 압출 방식이 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 단계 (1)에서, 용융 압출 시 온도는 상기 수지 칩을 적절하게 용융시켜 압출할 수 있는 온도라면, 그 범위가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 280 내지 320℃의 온도 하에서 수행될 수 있다.
상기 용융 압출 시 온도가 280℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우, 미용융 수지가 존재하여 벨트의 표면을 훼손시키거나 연신 시에 필름을 파단 시킬 우려가 있고, 320℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우, 수지의 열분해가 일어나 필름의 물성을 떨어뜨릴 우려가 있다.
한편, 단계 (2)는 상기 단계 (1)에서 얻어진 수지를 냉각시켜 기재 필름을 제조하는 단계이다.
상기 단계 (2)에서, 수지를 냉각시킬 때 적용되는 냉각 조건도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 20 내지 40℃의 온도 하에서 표면 조도가 0.01 내지 0.5㎛인 벨트에 상기 단계 (1)에서 얻어진 수지를 접촉시킴으로써 냉각시킬 수 있다.
상기 냉각 시 온도가 20 내지 40℃의 온도를 벗어나는 경우, 필름의 성형성이 저하될 우려가 있고, 표면 조도가 0.01㎛ 미만인 벨트를 이용하여 기재 필름을 성형하는 경우, 제조된 기재 필름의 표면이 너무 평활하기 때문에 필름과 벨트의 분리가 어려워질 수 있고, 표면 조도가 0.5㎛를 초과하는 경우, 기재 필름의 표면이 거칠어져서 표면 결정 크기가 커지고, 이에 따라 미려한 필름의 외관을 구현하기 어려워질 수 있다.
상기한 바와 같은 단계를 통하여 폴리유산 공중합체를 포함하는 무연신의 기재 필름이 제조될 수 있다.
한편, 제 2 단계는 (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계이다. 상기 제 2 단계는, (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅액을 기재 필름상에 습식 도포하는 단계 (a); 및 상기 단계 (a)에서 도포된 코팅액을 UV 경화시키는 단계 (b)를 포함할 수 있다.
단계 (a)에서, 상기 코팅액은 (메타)아크릴레이트 공중합체를 유기용매 내에 용해시켜 얻어진 것일 수 있으며, 상기 유기용매는 이 분야에서 공지된 것으로서, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 알코올 및 톨루엔 등과 같은 용매가 사용될 수 있다.
또한, 상기 단계 (a)에서, 습식 도포는 롤코터, 바코터 및 스프레이코터 등과 같은 이 분야에서 공지된 습식 도포법을 이용하여 수행될 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.
한편, 단계 (b)에서, 기재 필름 상에 도포된 코팅액은 UV 경화에 의하여 고형화된 코팅층으로 경화될 수 있는데, 여기서, 상기 UV 경화조건이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 500 mJ/cm2 내지 2500 mJ/cm2의 광량 조건에서 수행될 수 있다.
상기 UV 경화가 500 mJ/cm2 미만의 광량 조건에서 수행되는 경우, 충분한 경화가 이루어지지 않아 표면 경도가 떨어지고 필름 간 블록킹(blocking) 현상이 일어날 우려가 있고, 2500 mJ/cm2를 초과하는 광량 조건에서 수행되는 경우, 높은 열 량으로 인하여 기재로 사용되는 필름의 변형이 일어날 우려가 있다.
또한, 상기 UV 경화 시에는, 이후 연신 공정 등을 수행하기 용이하도록 코팅층을 완전 경화시키지 않고, 일부 경화시킬 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 필름의 제조방법은 제 2 단계에서 얻어진 필름을 연신시키는 제 3 단계를 추가로 포함할 수 있다.
즉, 상기 제 3 단계는, 제 2 단계에서 얻어진 필름을 연신시키는 공정으로서, 연신 조건이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 80 내지 120 ℃의 온도 하에서 10 내지 40분 동안 방치한 후, 5% 이상의 신율로 상기 제 2 단계에서 얻어진 무연신 필름을 연신시킬 수 있으며, 이에 따라 기계적 물성을 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 또한, 압출기; 상기 압출기로부터 용융 압출된 수지를 외주면 상에서 이동시키는 컨베이어 벨트; 및 상기 컨베이어 벨트의 일측에 구비되어, 상기 용융 압출된 수지가 필름 형태로 성형될 수 있도록 상기 컨베이어 벨트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하는 본 발명에 따른 필름의 제조장치에 관한 것이다.
상기 제조장치는, 본 발명에 따른 필름을 성형하는데 사용되는 장치로서, 압출기로부터 용융 압출된 수지를 컨베이어 벨트의 외주면 상에서 이동시키면서, 필름 형태로 성형시킨 후, 냉각시키고, 압출기로부터 공급되는 용융 압출 수지가 다 시 적정한 성형 온도에서 필름 형태로 성형될 수 있도록 냉각된 컨베이어 벨트를 재가열하도록 구성됨으로써 연속 공정으로 필름을 성형할 수 있으며, 이에 따라 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 압출기는 그 형태가 특별히 제한되는 것은 아니고, 필름 성형을 위하여 수지를 용융 압출시킬 수 있는 장치로서, 이 분야에서 공지된 다양한 형태의 압출기를 모두 포함할 수 있으며, 예를 들면, 이축 압출기 또는 일축 압출기 등과 같은 공지된 압출기를 제한 없이 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 수지가 공급되는 호퍼; 상기 호퍼로 공급된 수지를 용융 압출시키는 압출부; 상기 압출부로부터 용융 압출된 수지를 배출하는 다이를 구비하는 압출기를 사용할 수 있으나, 이와 같은 형태에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 『컨베이어 벨트』는 상기 압출기를 통하여 용융 압출된 수지가 이동하면서 냉각되어 필름 형태로 성형될 수 있도록 상기 수지를 이동시키는 역할을 하는 것으로서, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 용융 압출된 수지가 적정 온도에서 성형될 수 있도록 컨베이어 벨트의 온도조절이 용이한 열 전도성 소재로 이루어진 스틸 컨베이어 벨트를 사용할 수 있다.
또한, 상기 컨베이어 벨트는 열 전도성 소재를 포함할 수 있으며, 이 경우, 온도 조절부에 의하여 보다 용이하게 온도가 조절될 수 있고, 구체적인 예를 들면, 상기 컨베이어 벨트는 철, 구리, 아연, 니켈, 주석, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 적어도 2종 이상을 포함할 수 있다.
즉, 상기한 바와 같이 열 전도성이 높은 스틸 재질의 컨베이어 벨트를 사용 하는 경우, 온도 조절부에 의하여 컨베이어 벨트를 냉각 또는 가열함에 따라 필름 성형 시 요구되는 적정 온도로 벨트의 온도를 조절하기가 용이하며, 이에 따라 순환하는 컨베이어 벨트의 온도를 공정단계에 맞추어 온도를 임의로 조절함으로써 연속적인 공정을 수행할 수 있다.
아울러, 상기 컨베이어 벨트는 외주면에 접촉되는 수지의 성형성을 저하시키지 않는 범위 내에서 성형된 필름이 우수한 외관을 가질 수 있도록 표면 조도가 0.01 내지 0.5㎛로 한정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 벨트의 표면 조도가 상시 수치범위를 벗어나는 경우, 야기될 수 있는 문제점은 상술한 바와 같다.
한편, 상기 온도 조절부는 컨베이어 벨트의 온도를 조절하기 위하여 냉각 또는 가열할 수 있는 모든 형태의 냉각 및 가열장치를 포함할 수 있으며, 그 형태가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 온도 조절부는 컨베이어 벨트의 일측에 구비되어, 상기 컨베이어 벨트의 외주면 상에서 필름 형태로 성형된 수지가 경화될 수 있도록 컨베이어 벨트를 냉각시키는 하나 이상의 냉각 롤러; 및 컨베이어 벨트의 타측에 구비되어, 압출기로부터 공급되는 용융 수지가 필름 형태로 성형될 수 있도록 냉각된 컨베이어 벨트를 가열하는 하나 이상의 가열 롤러를 포함할 수 있다.
즉, 온도 조절부는 상기 압출기로부터 공급된 수지가 컨베이어 벨트의 외주면 상에서 이동하면서 롤러 등과 같은 공지된 필름 성형 장치를 이용하여 필름 형태로 성형되면, 필름 형태로 성형된 수지가 그대로 경화될 수 있도록 성형된 필름 이 놓여진 컨베이어 벨트를 냉각시키고, 다시 필름 형태로 성형하기에 적정한 온도로 가열될 수 있도록 압출기로부터 용융 압출 수지를 공급받는 컨베이어 벨트를 가열할 수 있다.
보다 구체적으로, 냉각 롤러의 경우, 상기 컨베이어 벨트의 일측에 구비되어 상기 컨베이어 벨트를 냉각시킴으로써 상기 컨베이어 벨트의 외주면을 따라 이동하는 수지가 필름 형태로 성형된 상태에서 경화될 수 있도록 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 냉각 롤러에 의하여 냉각된 컨베이어 벨트의 온도는 용융된 수지가 필름 형태로 경화될 수 있는 범위 내에서 다양하게 조절할 수 있으며, 냉각 온도가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 20 내지 40℃의 온도로 상기 컨베이어 벨트를 냉각시킬 수 있다.
또한, 가열 롤러는 컨베이어 벨트의 타측에 구비되어 냉각 롤러에 의하여 냉각된 컨베이어 벨트를 가열시키는 역할을 하는 것으로서, 냉각 롤러에 의하여 냉각된 컨베이어 벨트의 표면 온도가 일정 온도 이하로 내려감에 따라 압출기로부터 공급되는 용융 수지가 필름 형태로 용이하게 성형될 수 있도록 냉각된 컨베이어 벨트를 적정 온도 범위로 재가열함으로써 필름 성형 공정을 연속적으로 수행할 수 있으며, 이에 따라 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
나아가, 상기 제조장치는 상기한 바와 같은 기능을 수행할 수 있는 것이라면, 그 형태가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 압출기로부터 배출된 수지를 이동시키는 컨베이어 벨트의 내측에 냉각 롤러 및 가열 롤러를 포함하는 온도 조절부가 구비되며, 상기 냉각 롤러는 용융 압출된 수지가 이동하면서 필름 형 태로 성형되는 구간에 구비되고, 상기 가열 롤러는 필름 성형이 완료된 후, 압출기로부터 용융 압출된 수지를 공급받기 위하여 이동하는 구간에 구비될 수 있다.
상기한 바와 같은 제조장치는 본 발명에 따른 필름을 성형하는데 특히, 유용하게 사용될 수 있으며, 연속적인 생산공정을 통하여 미려한 외관을 가지는 필름을 성형할 수 있다.
아울러, 상기 제조장치를 이용하여 제조된 필름의 두께는 벨트 및 다이의 간격 조절을 통하여 조절될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 전술한 바와 같이, 50 내지 150㎛의 두께를 형성할 수 있다.
이하, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 예에 따른 필름의 제조장치에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 예에 따른 필름의 제조장치(10)는 도 1에 나타난 바와 같이, 압출기(100), 컨베이어 벨트(200), 냉각 롤러(300) 및 가열 롤러(400)을 구비할 수 있다.
또한, 상기 압출기(100)는 호퍼(110), 압출부(130) 및 티-다이(150)를 구비할 수 있다. 상기 호퍼(110)는 수지 칩 등의 원료가 공급되는 곳으로서, 본 발명에서는 폴리유산 공중합체를 포함하는 수지 칩이 상기 호퍼(110)를 통하여 압출기(100) 내부로 공급될 수 있다.
또한, 상기 호퍼(110)를 통하여 압출기(100) 내로 공급된 수지 칩은 압출부(130)를 통하여 용융 압출되어 티-다이(150)로 배출될 수 있다.
이어서, 상기 티-다이(150)로 배출된 용융 수지는 컨베이어 벨트(200)의 외주면에 접촉되어 상기 컨베이어 벨트(200)를 따라 하측 방향으로 이동되어 하측 내주면에 위치하는 냉각 롤러(300)에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 냉각 롤러(300)는 제1냉각 롤러(310) 및 제2냉각 롤러(330)로 구성되며, 이와 같은 냉각 롤러(300)는 가열 롤러(400)와 함께 삼각형상으로 구비되어 하측을 통하여 이동하는 수지는 상기 제1냉각 롤러(310) 및 제2냉각 롤러(330)를 순차적으로 경유하면서 냉각되어 기재 필름을 형성함으로써 배출된다.
이어서, 상기 냉각 롤러(300)에 의하여 냉각된 컨베이어 벨트(200)는 상측 내주면에 마련된 가열 롤러(400)에 의하여 다시 가열되어 용융되어 배출된 수지가 컨베이어 벨트(200)를 따라 이동하면서 냉각되어 성형될 수 있도록 상기 컨베이어 벨트(200)의 표면 온도를 일정한 온도 범위 내에서 유지시킬 수 있다.
이하 상기의 발명을 아래와 같은 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다. 단, 아래의 예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
D-유산(락트산)을 12 wt% 함유하고, 용융온도가 145℃인 폴리유산 공중합체 수지를 295℃에서 용융 압출하고, 압출된 수지를 표면 조도가 0.1㎛인 금속 삼각벨트를 따라 이동시키면서 냉각하여 두께가 120 ㎛인 무연신 필름을 제조하였다.
이어서, 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 60wt%와 디메틸 아크릴레이트(MMA) 40 wt%을 공중합하여 얻어진 졸 상태의 공중합체 50 ml에 이소프로필알코올(IPA) 100 ml와 혼합하여 얻어진 하드 코팅액을 그라비아 롤을 이용하여 상기에서 제조된 무연신 필름상에 습식 도포하고, UV 경화장치를 이용하여 경화시킴으로써 폴리유산 필름을 제조하였다.
여기서, 합성된 공중합체의 분자량(Mw)은 5,000이며 상기 무연신 필름 위에 도포된 고형물은 5 g/㎡의 양으로 도포되었고, UV 경화 시 광량 조건은 500 mJ/㎠이었다.
[실시예 2 내지 5]
합성조건 및 도포조건을 하기 표 1과 같이 변화시켰다는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 내지 5에 따른 폴리유산 필름을 제조하였다.
[시험예]
상기 실시예 1 내지 5에 따른 폴리유산 필름을 가지고 하기와 같은 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 표면 경도
본 발명에서 표면경도는 연필 경도계(모델명: 221-D, 제조사: ITOH, 일본)를 사용하여 측정하였다. 6B～9H의 연필을 45° 각도로 필름 표면에 접촉시키면서 측 정하며 필름 표면에 손상을 주는 연필의 경도 등급을 필름 표면의 경도 값으로 측정하였다. 또한, 동일 시료에 대해 동일한 조건으로 5번 반복 측정하여 평균값으로 결정하였다.
이에 따라 측정된 표면경도 값을 통하여 평균 2H 이상의 표면경도를 가지는 필름을 표면경도가 우수한 필름으로 평가하였다.
(2) 신율
ASTM D 882 조건대로 신율 측정기(모델명: 4206, 제조사: Instrong Co., 미국)를 이용하여 실시예 1 내지 5에 따른 폴리유산 필름의 신율을 측정하였다. 상기 필름의 신율은 100℃의 조건에서 20분 동안 방치한 다음 5%의 신율을 가지도록 연신시킴으로써 확인하였다.
(3) 구형 변형률
구형 변형률을 이용하여 곡면유연성을 평가하였다. 구형 변형률은 1/2인치 폭으로 필름시료 1 m의 양 끝을 모아 구형 상태로 1일간 40℃의 온도조건에서 걸어 놓은 후, 변형된 구형 형태에서 직경이 긴 방향을 a, 짧은 방향을 b로 하여 b/a의 비로 측정하였다. 구형 변형률이 작을수록 곡면유연성이 양호한 것으로 평가하였다.
조성물 하드 코팅 벨트 필름
D-유산 함량
(wt%)		 분자량
(Mw)		 고형물
(g/㎡)		 표면조도
(Rw, ㎛)		 두께
(㎛)		 표면경도 (H) 구형
변형률		 5% 신율평가
(100℃,20분)
실시 예 1 12 5,000 5 0.1 120 3 0.3 ○
2 15 8,500 8 0.03 50 3 0.2 ○
3 10 15,000 3 0.3 150 4 0.4 ○
4 18 18,000 1 0.09 90 4 0.3 ○
5 20 12,000 10 0.5 80 4 0.5 ○
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 5에 따라 얻어진 하드 코팅된 폴리유산 필름의 표면경도는 3H 또는 4H로 내구성이 우수했으며 구형 변형률도 0.2 내지 0.5로 곡면유연성이 양호하였다. 또한, UV로 경화된 필름을 100℃에서 20분 동안 방치한 다음 5%의 신율로 연신한 후에도 필름의 표면경도와 상태가 양호하였다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 필름의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
10: 필름의 제조장치 100: 압출기
110: 호퍼 130: 압출부
150: 티-다이 200: 컨베이어 벨트
300: 냉각 롤러 310: 제1냉각 롤러
330: 제2냉각 롤러 400: 가열 롤러

Claims (23)

  1. 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름; 및
    상기 기재 필름상에 형성되고, (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 포함하는 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    폴리유산 공중합체는 기재 필름 100 중량부에 대하여 80 중량부 이상의 양으로 함유되는 것을 특징으로 하는 필름의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    폴리유산 공중합체는 D-유산 10 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    폴리유산 공중합체는 용융온도가 130 내지 180℃인 것을 특징으로 하는 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    기재 필름은 두께가 50 내지 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    (메타)아크릴레이트 공중합체는 (A) 글리시딜기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체; 및 (B) C1 내지 C12의 알킬 및 C1 내지 C12의 디알킬로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체를 공중합하여 얻어진 것을 특징으로 하는 필름.
  7. 제 6 항에 있어서,
    (메타)아크릴레이트 공중합체는 (A) 글리시딜기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체; 및 (B) C1 내지 C6의 알킬 및 C1 내지 C6의 디알킬로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체를 공중합하여 얻어진 것을 특징으로 하는 필름.
  8. 제 6 항에 있어서,
    (메타)아크릴레이트 공중합체는 (A) 글리시딜기를 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체 50 중량부 내지 80 중량부; 및 (B) C1 내지 C12의 알킬 및 C1 내지 C12의 디알킬로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 (메타)아크릴레이트 단량체 20 중량부 내지 50 중량부를 공중합하여 얻어진 것을 특징으로 하는 필름.
  9. 제 1 항에 있어서,
    (메타)아크릴레이트 공중합체는 중량평균분자량이 5000 내지 20000인 것을 특징으로 하는 필름.
  10. 제 1 항에 있어서,
    코팅층은 기재 필름상에 1 g/m2 내지 10 g/m2의 양으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필름.
  11. 제 1 항에 있어서,
    기재 필름은 하이드록시 카르복실산을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필름.
  12. 제 1 항에 있어서,
    기재 필름은 정전인가제, 대전방지제, 자외선 차단제, 블로킹 방지제 및 무기 활제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기능성 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필름.
  13. 폴리유산 공중합체를 포함하는 기재 필름을 제조하는 제 1 단계; 및 상기 제 1 단계에서 얻어진 기재 필름상에 (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅층을 형성하는 제 2 단계를 포함하는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 필름의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 단계는, 폴리유산 공중합체를 함유하는 수지 칩을 용융 압출하는 단계 (1); 및 상기 단계 (1)에서 얻어진 수지를 냉각시키는 단계 (2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    단계 (1)에서, 용융 압출은 280 내지 320℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 필름의 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    단계 (2)에서, 냉각은 단계 (1)에서 얻어진 수지를 20 내지 40℃의 온도에서 표면조도가 0.01 내지 0.5㎛인 벨트에 접촉시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 필름의 제조방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    제 2 단계는, (메타)아크릴레이트 공중합체를 포함하는 코팅액을 기재 필름 상에 습식 도포하는 단계 (a); 및 상기 단계 (a)에서 도포된 코팅액을 UV 경화시키는 단계 (b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    단계 (b)에서, UV 경화는 500 mJ/cm2 내지 2,500 mJ/cm2의 광량 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 필름의 제조방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    제 2 단계에서 얻어진 필름을 연신시키는 제 3 단계를 추가로 포함하는 필름의 제조방법.
  20. 압출기;
    상기 압출기로부터 용융 압출된 수지를 외주면 상에서 이동시키는 컨베이어 벨트; 및
    상기 컨베이어 벨트의 일측에 구비되어, 상기 용융 압출된 수지가 필름 형태로 성형될 수 있도록 컨베이어 벨트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 필름의 제조장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    컨베이어 벨트는 철, 구리, 아연, 니켈, 주석, 망간 및 알루미늄으로 이루어 진 군으로부터 선택된 적어도 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    컨베이어 벨트는 표면 조도가 0.01 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 제조장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    온도 조절부는 컨베이어 벨트의 일측에 구비되어, 상기 컨베이어 벨트의 외주면 상에서 필름 형태로 성형된 수지가 경화될 수 있도록 컨베이어 벨트를 냉각시키는 하나 이상의 냉각 롤러; 및
    컨베이어 벨트의 타측에 구비되어, 압출기로부터 공급되는 용융 수지가 필름 형태로 성형될 수 있도록 냉각된 컨베이어 벨트를 가열하는 하나 이상의 가열 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조장치.
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