KR20110075583A - 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층, 이를 포함하는 이차전지 포장재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지 포장재에 관한 것으로서, 상세하게는 미연신 또는 1축 방향으로만 연신되고 열처리되어 있지 않은 폴리아미드 필름에 수용성 폴리우레탄계 에멀젼, 수용성 멜라민계 경화제, 실리콘계 첨가제를 함유하는 코팅액을 프라이머 코팅하고 건조, 연신, 열처리를 통하여 필름 표면에 고형분 두께가 0.05~0.3㎛가 되도록 하여 슬립성을 향상시킨 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층, 이를 포함하는 이차전지 포장재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
슬립성, 이차전지, 최외층, 코팅
Description
본 발명은 이차전지 포장재에 관한 것으로서, 상세하게는 미연신 또는 1축 방향으로만 연신되고 열처리되어 있지 않은 폴리아미드 필름에 수용성 폴리우레탄계 에멀젼, 수용성 멜라민계 경화제, 실리콘계 첨가제를 함유하는 코팅액을 프라이머 코팅하고 건조, 연신, 열처리를 통하여 필름 표면에 고형분 두께가 0.05~0.3㎛가 되도록 하여 슬립성을 향상시킨 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층, 이를 포함하는 이차전지 포장재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전지는 내부에 들어있는 활물질의 화학에너지를 전기화학적 산화환원반응에 의해 전기에너지로 변환하는 장치이다. 이를 위하여 전지는 화학반응 대신에 전기화학적 반응이 일어나 전자가 도선을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있도록 특별한 구조로 이루어져 있으며, 도선을 통하여 흐르는 전자는 전기에너지가 되어서 우리생활에 유 용하게 사용되고 있다.
오늘날의 전지기술은 1860년 연축전지의 등장이래 100년이상 개량을 거듭하여 고출력화, 고성능화, 경량화, 소형화, 신뢰성 향상등에 대한 연구개발이 진행되어서 그 기술이 크게 진보되어 왔다. 최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이온 전지와 같은 이차전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
리튬이온전지의 본체는 양극집전체와 이에 부착된 양극활물질을 포함하는 양극합제로 이루어진 양극, 음극집전체와 이에 부착된 음극활물질을 포함하는 음극합제로 이루어진 음극, 양극과 음극사이의 세퍼레이터로 구성되어 있으며, 리튬이온전지 본체는 원통형 또는 상자형상의 금속제 캔 또는 다층필름으로 구성된 파우치 형상의 포장재에 의해 포장된다. 그러나 금속제 캔의 경우에는 용기 외벽이 단단하여 쉽게 변형이 어려우며 그 때문에 전지를 사용하는 하드웨어의 치수가 전지에 의해서 결정되어 형상 자유도에 제약을 받게된다. 또한 캔의 경우 두께가 두껍고 최초 설계에서 제작까지 많은 시간이 소요되며 부피가 크고 무거운 단점이 있다.
따라서 최근 다층필름으로 구성된 파우치 형상의 포장재가 많이 이용되고 있는데, 이 경우 하드웨어의 형상 자유도에 대한 제약은 없게 되지만 리튬전지의 포장재로서 요구되는 물성 및 기능을 충분히 만족시킬 수 있는 포장재료는 아직까지 개발되지 않고 있는 실정이다. 특히 성형공정에서 가장 중요한 슬립성을 확보하는 것은 리튬전지 포장재의 요구특성중 중요한 키포인트이다. 일반적으로 합지필름의 슬립성이 우수하지 않으면 리튬전지 포장재 성형과정에서 Film의 파단이나 Al층의 Crack발생에 의하여 불량률이 매우 증가하게 되며 또한 현재 전지의 대형화에 따른 포장재의 Deep 성형이 어려운 단점이 있다.
따라서 리튬전지 포장재용 합지필름은 우수한 슬립성을 확보해야 하며, 우수한 슬립성의 확보를 위해서는 다층필름의 최외층을 슬립성이 우수한 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
최외층으로는 일반적으로 폴리아미드 필름이 사용되는데, 이러한 폴리아미드 필름의 슬립성을 개선시키기 위한 방법으로, 필름 표면에 미세한 요철을 형성시켜 접촉면적을 감소시켜주는 방법이 있었다.
구체적인 예를 들면, 일본 특공소 제 51-7708호와 일본 특공소 제 48-46986호에서는 압출 제막시 서냉에 의한 구정 성장법이 있고, 일본 특공소 제 52-41925호 에서는 결정핵제의 첨가에 의한 구정 성장법으로 표면에 요철을 생성시켰다. 또한 일본 특공소 제 48-33991호 에서는 필름 표면에 실리카, 탈크 미분말을 직접 도포시키는 방법 또는 원료중에 이들 분말을 혼입시켜 제막후 필름 표면에 돌출되는 효과로 요철을 생성시키는 방법이 개시되어 있으며, 그밖에도 엠보싱 가공, 매트 가공, 화학 약품에 의한 표면 조면화 등의 방법도 있었다.
또한, 다른 방법으로는 활성이 뛰어난 물질로 표면을 이질화시키는 방법이 있는 바, 예를 들면 왁스 또는 비스아미드 등을 원료에 혼입해서 제막 또는 표면에 직접 코팅하는 방법이 있었다.
현재 가장 일반적으로 사용되는 방법으로는 폴리아미드 중합시 무기 미립자를 첨가하여 원료 고분자를 중합하고, 이를 원료로 필름을 제막하는 것이다. 그러나 상기와 같은 방법들은 슬립성 개선의 효과는 있지만, 제조 공정상, 가공 공정상 혹은 품질상 많고 적은 단점들을 가지고 있다.
예를 들면, 압출 제막시의 서냉법에 의한 방법에서는 제막조건이 한정되고 조업율을 저하시키며, 미분말의 도포 등록특허 10-0839115법에서는 작업환경을 두드러지게 악화시키며 도포량의 조절이 어려운 문제점이 있으며, 타물질을 원료에 혼입하여 제막하는 경우에도 균일한 분산이 어려워 연신하는 경우 파단의 원인이 된다.
이외에도 엠보싱 가공, 매트 가공, 화학약품 처리 등은 공정이 복잡하고 생산 단가 증가의 원인이 되며, 투명성 및 표면 광택이 손상된다.
또한, 활성 물질을 혼입하여 제막하거나 필름 표면에 코팅하는 방법은 인쇄, 라미네이트 등에서 접착불량(박리현상)을 일으켜 품질 불량을 발생시킨다.
또한, 무기 미립자를 첨가 중합한 원료를 사용하여 필름을 제막하는 방법은 가장 일반적으로 사용되는 양호한 방법이지만, 슬립성 개선과는 반대로 과량투입시 투명도가 떨어지는 문제점을 안고 있으며 또한 슬립성을 고슬립성(동마찰계수 0.2이하)을 달성하기에는 한계를 가지고 있다.
이차전지의 포장재에서 최외층으로 사용되는 폴리아미드 필름의 슬립성을 확보하기 위하여 현재 가장 일반적으로 사용되는 방법으로는 폴리아미드 중합시 무기 미립자를 첨가하여 원료 고분자를 중합하고, 이를 원료로 필름을 제막하는 방법과 활성이 뛰어난 물질로 표면을 이질화시키는 방법이 있다. 그러나 이러한 방법들은 슬립성 개선의 효과는 있지만 제조/가공 공정상 혹은 품질상 많고 적은 단점들을 가지고 있다.
무기미립자 첨가 하는 방법의 경우 과량투입시 투명도가 떨어지는 문제점을 안고 있으며 또한 후가공시 특히 인쇄불량률이 높아지는 단점을 가지고 있다. 또한 활성이 뛰어난 물질로 표면을 이질화시키는 방법은 과량투입시 인쇄, 라미네이트 등에서 접착불량(박리현상)을 일으켜 품질 불량을 발생시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 뿐만 아니라 기존의 방법으로는 달성할 수 없는 고슬립성을 구현하기 위하여 발명된 것으로, 폴리아미드 미연신원단 또는 1축 방향으로만 연신되고 열처리되지 않은 폴리아미드 필름에 수용성 폴리우레탄계 에멀젼, 수용성 멜라민계 경화제, 실리콘계 첨가제를 함유하는 코팅액을 프라이머리 코팅하고 건조, 연신 후 열처리함으로써 제품의 투명성저하 및 접착불량을 발생시키지 않는 슬립성이 우수한 최외층, 이를 포함하는 이차전지 포장재 및 이의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층은 폴리아미드 수지 100중량부에 유기첨가제와 무기미립자 중의 어느 하나이상이 0.01 내지 1 중량부가 포함된 폴리아미드 수지 조성물을 용융압축시켜서 미연신 또는 1축연신한 시트를 만들고, 상기 시트의 일면에 수용성 폴리우레탄계 에멀전, 수용성 멜라민계 경화제과 수용성 실리콘계 첨가제를 함유하는 코팅액으로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 제조된 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층은 동마찰계수가 0.2이하이고 코팅에 의한 헤이즈 상승이 1이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 슬립성이 우수한 이차전지 포장재는 상기된 방법으로 제조된 최외층을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 생산된 이차전지 포장재의 최외층은 코팅방법에 의하여 생산되므로 무기미립자 및 활성물질을 사용하는 방법에 비하여 투명성의 저하, 인쇄불량, 접착불량과 같은 문제의 발현없이 우수한 슬립성을 갖는다.
또한 본발명은 코팅방법을 이용하기 때문에 슬립성을 원하는 수준으로 손쉽게 변경할 수 있는 장점을 가지고 있으며 종래에는 구현할 수 없었던 수준의 고슬립성을 구현할 수 있다.
또한 이를 이용한 이차전지 포장재는 슬립성이 우수하므로 제조 및 사용이 매우 편리하다
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 다층필름으로 구성된 파우치에 의해 포장된 이차전지의 사시도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 이차 전지(50)는 다층필름으로 구성된 파우치(52)에 의해 포장되어 있고, 전극(53)만이 외부로 돌출되어 있다.
도 2는 다층필름으로 구성된 파우치의 단면도이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 다층필름으로 구성된 파우치는 도 2(a)와 같이 최외층(11)/배리어층(12)/최내층(13)으로 구성되어 있거나, 도 2(b)와 같이 최외층(21)/배리어층(22)/중간층(23)/최내층(24)으로 구성되어 있다. 그 외에도 최내층과 최외층 사이에 다양한 기능과 구성을 가지는 다수의 층들이 포함될 수도 있다.
본 발명에서는 다층필름으로 구성된 파우치의 슬립성을 개선하기 위하여 최외층을 특수처리된 필름을 사용하는데 특징이 있다.
본 발명에 의한 최외층의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 최외층을 제조하기 위해서는 먼저 폴리아미드 수지 조성물을 제조하여야 한다. 본 발명에서의 폴리아미드 수지 조성물은 폴리아미드 수지 100 중량부;와 유기첨가제 또는 무기미립자 중의 어느 하나 이상을 0.01 내지 1 중량부를 포함하고 있다. 여기서 유기첨가제로서는 에틸렌비스스테아르마이드 또는 에틸렌-아크릴산 공중합체를 들 수 있고, 무기첨가제로서는 SiO2, Al2O3, CaCO3, MgO, TiO2, 카올린 또는 Talc를 들 수 있다.
폴리아미드 수지는 ε-카프로락탐의 단독중합체, ε-카프로락탐을 주성분으로 하고 2 내지 10몰%의 공중합가능한 다른 화합물의 공중합체 및 상기 단독중합체 및/또는 공중합체에 상용성 있는 중합체를 5 내지 20중량% 혼합한 것을 의미한다.
ε-카프로락탐과 공중합가능한 화합물로는 지방족 또는 방향족의 디아민류와 지방족 또는 방향족 디카르복실산으로 이루어지는 나일론 염이 있고, 상기 디아민류의 대표적인 예로는 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 펜타메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 데카메틸렌디아민, 헥실렌디아민, 파락시릴렌디아민 등이 있고, 상기 디카르복실산의
대표적인 예로는 아디프산, 세바스산, 테레프탈산, 이소프탈산, 데카메틸렌카르복실산, 도데카메틸렌카르복실산, 피메린산 등이 있다.
상기 호모폴리머 및/또는 코폴리머와 상용성이 있고 혼합할 수 있는 중합체로는 상기 디아민류와 상기 디카르복실산류의 중축합체를 들 수 있다.
구체적으로는 나일론 6, 나일론 66, 나일론46, 나일론610, 나일론612, 나일론9, 나일론11, 나일론12, 나일론6/66, 나일론66/610, 나일론6/9, 나이론6/11, 나일론6/12, 나일론6/610, 나일론6/612, 나일론6/66/610, 나일론 6/612, 나일론6T(테레프탈산 성분), 나일론I(I: 이소프탈산), 나일론 6/6T, 나일론6/6I, 나일론66/6T, 나일론66/6I 등을 들 수 있다.
상기 폴리아미드의 분자량은 특별히 한정되는 것은 아니지만 98% 황산용액중에 폴리머 농도 1g/dl로 측정한 상대 점도가 2.7 내지 3.5인 것이 바람직하다. 폴리아미드의 상대 점도가 2.7 미만이면 필름 성형이 곤란하고 3.5를 초과하면 성형성이 떨어지고 필름 두께가 불균일하게 된다.
상기 폴리아미드 제조시 반응개시제로는 물을 사용할 수 있으며, 정전피닝성 향상을 위한 금속아세트산염, 열안정성을 위한 인화합물 및 필름 표면에의 요철부여를 위한 무기 입자로 실리카 등이 사용되어야 한다.
이러한 폴리아미드는 개질을 위해 유기첨가제 또는 무기미립자를 얻어진 필름의 성질을 손상시키지 않는 범위내에서 배합한다. 유기첨가제로서는 에틸렌비스스테아 르아미드(EBS), 에틸렌-아크릴산 공중합체등이 있으며, 무기미립자로서는 SiO2, Al2O3, CaCO3, MgO, TiO2, 카올린, Talc등이 될 수 있으며 이러한 유기첨가제 또는 무기미립자는 활제로써 필름의 대전방지, 블로킹방지 및 스크레치 방지 역할을 한다. 여기서 유기첨가제 또는 무기미립자는 폴리아미드 100중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부를 포함된다. 여기서 0.01 중량부 미만이면 활성 증가 효과가 미미하며, 1중량부를 넘으면 활성 증가 효과가 더 이상 좋아지지 않고 황변의 염려가 있으므로 바람직하지 못하다. 나아가 바람직한 사용범위는 0.05내지 1중량부를 포함한다.
다음으로 폴리아미드 수지 조성물을 공지된 T-다이법으로 용융압출시켜 미연신 또는 1축 연신한 시트를 얻는다. 여기서 1축 연신한 시트를 얻는 방법은 공지된 기술에 해당하므로 이에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 다만, 압출기에 의한 용융압출 공정시의 용융 혼련물의 온도는 265℃ 이하로 유지하는 것이 좋으며, 온도가 265℃를 초과하면 연신시의 성형성이 불량해지고 에틸렌비스스테아르아미드(EBS) 또는 에틸렌-아크릴산 공중합체가 열에 의해 분해되어 색상이 저하되며, 또한 제조된 2축 배향 폴리아미드 필름의 충격강도도 악화되기 때문이다.
다음으로 미연신 또는 1축 연신한 시트에 수용성 폴리우레탄계 에멀젼, 수용성 멜라민계 경화제, 실리콘계 첨가제를 함유하는 코팅액을 프라이머리 코팅을 실시한다. 코딩 후의 코팅층에서 고형분 두께가 0.05~0.3㎛가 되도록 한다. 여기서 0.05 ㎛미만이면 슬립성에 문제가 있고, 0. 3㎛ 초과하면 코팅막의 크랙 및 제막시 불완전 건조에 의한 파단문제가 있을 수 있다.
여기서 코팅액은 고형분 기준으로 수성 폴리우레탄계 에멀젼 1~10 중량% 및 수용성 멜라민계 경화제 0.5~5 중량% 및 수용성 실리콘계 첨가제 0.01~3 중량% 및 잔량의 물로 이루어져 있다.
멜라민 경화제가 0.5중량% 이하이면 미경화의 문제가 발생할 수 있고 5중량%를 초과하면 외부경화에 의한 필름의 파단문제가 발생할 수 있다. 또한 수용성 실리콘계 첨가제가 0.01중량% 이하이면 성능을 발현하기가 어렵고 3중량%를 초과하더라도 더 이상의 슬립성의 증가가 없다.
수용성 폴리우레탄계 에멀젼이 1중량% 미만이면 외부경화에 의한 필름의 파단문제가 있고, 10중량% 초과하면 미경화의 문제가 발생할 수 있다. 수성 폴리우레탄계 에멀젼은 디카르본산으로 테레프탈산, 이소프탈산 또는 나프탈렌 디카르본산이 포함된 폴리에스테르 폴리올, 프로필렌옥사이드에 에틸렌옥사이드의 블록 공중합물이나 알킬렌 옥사이드와 활성 수소 화합물로 중합된 폴리에테르 폴리올로부터 선택된 폴리올과 폴리이소시아네이트를 중합하여 얻어진 우레탄 결합을 분자주쇄에 갖고 있으며 분자말단에는 친수성기를 갖는 것을 사용함을 특징으로하는 폴리우레탄 수지 중의 어느 하나 이상을 이용하여 제조한다.
수용성 실리콘계 첨가제는 폴리에테르변성 폴리디메틸 실록산 (Polyether modified dimethylpolysiloxane copolymer), 폴리에테르변성 실록산 (Polyether modified siloxane), 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산 (Polyether modified dimethylpolysiloxane), 폴리에테르-폴리에스테르 변성 하이드록시 기능성 폴리디메틸 실록산 (Polyether-polyester modified hydroxy functional polydimethylsiloxane), 폴리에테르변성 아크릴 기능성 폴리디메틸실록산 (Polyether modified acryl functional polydimethylsiloxane) 중의 어느 하나 이상을 사용하며, 수용성 멜라민계 경화제에 대해서는 특별한 제한은 없지만 바람직하게는 수용성 멜라민 경화제가 있다.
프라이머리 코팅을 한 미연신 또는 1축연신한 시트를 연신하여 슬립성이 우수한 폴리아미드 필름을 얻는다. 즉, 미연신 시트는 종방향과 횡방향으로 2축 연신을 하고, 1축 연신된 시트는 다른 방향으로 추가적으로 연신을 한다. 여기서 종방향 및 횡방향 연신은 기계 방향으로 1.3 내지 3.3배 정도로 연신시킨 후 기계방향의 직각방향으로 2.7 내지 4.1배 연신시킨다. 여기서 종방향으로의 연신이 1.3 미만이면 물성저하의 문제가 발생할 수 있고, 3.3 초과하면 파단문제가 있다. 또한 횡방향으로의 연신이 2.7 미만이면 물성저하의 문제가 발생할 수 있고, 4.1 초과하면 파단 및 스크레치발생 문제가 있다.
텐터법으로 2축 연신하는 공정에 있어서 열처리는 190 내지 215℃ 범위의 온도에서 실시하는 것이 바람직하며, 열처리 시간은 1 내지 30초 실시하는 것이 바람직하다. 190℃ 미만이면 물성저하의 문제가 발생할 수 있고, 215℃ 초과하면 이물발생 문제가 있다. 또한 1초 미만일 경우에는 열고정이 불충분하게 되는 경향이 있고, 30초를 초과하면 처리시간이 너무 길어져서 큰 연신장치를 필요로 하게 되어 코스트가 높아지게 되는 문제가 있다. 열처리에서의 필름의 이완률은 10% 이하(종방향 및/또는 횡방향)로 설정한다. 필름을 약간 이완시킨 상태에서 열처리하면 필름의 결정화도가 높아지고 수축률의 저하시킬 수 있다. 그 결과 치수안정성이 우수한 필름을 얻게 된다.
본 발명에 따른 조성물로부터 제조된 2축 연신 폴리아미드 필름에는 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제의 예로는 무기 필러 등의 안티블록킹제, 스테아르산칼슘 등의 윤활제 등을 들 수 있다. 상기 발명에 의해 생산된 슬립성이 우수한 폴리아미드 필름은 동마찰계수 0.2이하이고, 베이스 필름 대비 헤이즈 상승을 발현하지 않는 것이 바람직하다. 동마찰계수가 0.2를 초과하게 되면 합지후 성형시에 크랙발생에 의한 불량률증가 혹은 성형불가 현상이 발생하게 되며, 코팅 후 헤이즈가 상승하게되면 제품으로서의 가치가 떨어진다. 따라서 코팅에 의한 헤이즈 상승은 1이하인 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 따른 2축 연신 폴리아미드 필름은 다른 수지 필름과의 적층이 가능 하다.
한편 본 발명에 의한 코팅은 미연신 또는 2축연신한 폴리아미드 시트 또는 필름를 일정기간 보관후에 미연신 또는 2축연신된 시트에 코팅을 할 수도 있다. 이러한 코팅방법을 오프라인 코팅이라 한다. 그 외의 공정은 상기된 설명과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
상기된 방법으로 제조된 슬립성이 우수한 필름을 최외층에 공지된 기술을 이용하여 중간층, 베리어층, 최내층을 적층시켜서 다층필름으로 구성된 파우치를 만들 수 있다. 여기서는 최외층을 제외한 다른 층들은 공지된 기술을 이용하여 제조되고, 이들 층들의 접착도 공지된 방법을 이용한다. 따라서 본 발명에 의한 최외층/중간층/최내층을 포함하는 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재는 최외층이 폴리아미드 수지 100중량부에 유기첨가제와 무기미립자 중의 어느 하나이상이 0.01 내지 1 중량부가 포함된 폴리아미드 수지 조성물을 용융압축시켜서 미연신 또는 1축연신한 시트를 만들고, 상기 시트의 일면에 수용성 폴리우레탄계 에멀전, 수용성 멜라민계 경화제, 수용성 실리콘계 첨가제를 함유하는 코팅액으로 코팅하는 단계를 거쳐서 제조되고, 그 이외의 요소는 공지기술을 이용하여 제조된다. 이러한 과정을 거쳐서 완성된 파우치는 우수한 슬립성을 가지게 된다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
1) 물성측정방법
마찰계수(
ASTM
1894)
두 물체의 접촉면 사이에 생기는 마찰력과 그 사이에 작용하는 법선 방향의 압력비로 정마찰 수치 및 동마찰 수치를 측정하였다. 상기분석은 23℃, RH 50% 조건에서실시하였다.
- 정마찰 : 미끄러짐 운동의 시작에서 임계값(threshold value)으로 극복해야 할마찰
(Static Coefficient of Friction)
- 동마찰 : 주어진 속도에서 미끄러짐 운동 중에 지속되는 마찰
(Kinetic Coefficient of Friction)
- 마찰계수 = (마찰시발생하중-인가하중)/인가하중
투명성 (
ASTM
D1003
)
가로, 세로 5cm 시편을 제작하여 헤이즈 미터(Haze Meter)를 사용하여 400~700nm의 파장을 갖는 빛을 투과시키며, 이때 전투과광에 대한 산란광을 측정한 헤이즈%의 수치를 표시하였다.
< 실시예 / 비교예 >
<실시예 1~5>
ε-카프로락탐에 첨가제로 물, 차아인산, 마그네슘아세테이트 및 실리카를 사용하여 통상의 용융중축합 방법에 의해 제조된 상대점도 3.0인 NY6 폴리아미드 조성물을 제조하고, 이를 T-Die로부터 용융압출하고 캐스팅 롤에 밀착시켜 급냉시킨 후 가열 Roll의 주행속도차를 이용하여 종 방향으로 2.8배 연신하여 종방향으로 1축연신된 폴리아미드 필름을 얻었다. 곧바로 종방향으로 1축 연신된 폴리아미드 필름의 편면에 고형분 기준으로 폴리우레탄 에멀젼 6중량%, 수용성 멜라민 경화제 3중량%, 하기 표1에 기재된 수용성 실리콘 첨가제 및 잔량의 물로 조제된 수성 폴리우레탄계 에멀젼과 수성 멜라민계 경화제, 실리콘계 첨가제로 이루어진 코팅조액을 하기 표 1과 같이 제조하여 그라비어 코터를 이용하여 코팅하였다. 이후 텐더 예열존의 온도를 65℃로 세팅하여 건조하고 100~140℃에서 횡방향으로 3.2배 연신한 뒤 200 ℃에서 열고정 처리하여 다층필름으로 구성된 이차전지용 파우치의 최외층을 얻었 다. 이렇게 제조된 필름의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
종방향으로 1축연신한 폴리아미드 필름의 편면에 슬립성 향상 코팅을 실시하지 않을 것을 제외하고는 실시예와 같은 온도로 예열, 연신, 열고정한 필름을 제조하고 제조된 필름의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.
<비교예 2~7>
ε-카프로락탐에 첨가제로 물, 차아인산, 마그네슘아세테이트 및 실리카를 하기 표1과 같이 사용하여 통상의 용융중축합 방법에 의해 제조된 상대점도 3.0인 NY6 폴리아미드 조성물을 제조하고, 이를 T-Die로부터 용융압출하고 캐스팅 롤에 밀착시켜 급냉시킨 후 가열 Roll의 주행속도차를 이용하여 종방향으로 2.8배 연신하여 종방향으로 1축연신된 폴리아미드 필름을 얻었다. 이후 텐더 예열존의 온도를 65℃로 세팅하여 건조하고 100~140℃에서 횡방향으로 3.2배 연신한 뒤 200℃에서 열고정 처리하여 단면 슬립성이 개선된 2축 연신 폴리아미드 필름을 얻었다. 이렇게 제조된 필름의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | SLIP성 개선방법 | 물성 | |||
| 무기첨가제 COMPOUND |
실리콘첨가제 | 마찰계수 | 헤이즈 (%) |
||
| 함량(ppm%) | 함량(wt%) | 정마찰 | 동마찰 | ||
| 실시예 1 | 2000 | 0.2 | 0.27 | 0.14 | 2.8 |
| 실시예 2 | 2000 | 0.15 | 0.26 | 0.12 | 2.8 |
| 실시예 3 | 2000 | 0.10 | 0.25 | 0.11 | 2.8 |
| 실시예 4 | 2000 | 0.05 | 0.23 | 0.11 | 2.8 |
| 실시예 5 | 2000 | 0.01 | 0.22 | 0.14 | 2.8 |
| 비교예 1 | 2000 | - | 0.34 | 0.28 | 2.7 |
| 비교예 2 | 3000 | - | 0.33 | 0.25 | 3.0 |
| 비교예 3 | 4000 | - | 0.31 | 0.23 | 3.6 |
| 비교예 4 | 5000 | - | 0.30 | 0.21 | 4.2 |
표 1에서의 비교예1과 같이 유기첨가제를 코팅하지 않은 필름에서는 마찰계수가 0.28정도 이며 헤이즈는 2.7%로 낮은 편이다. 그러나 비교예 2 내지 4와 같이 무기첨가제를 첨가하면 마찰계수는 비교예 1보다는 낮아지나, 반대로 헤이즈가 크게 상승하는 문제가 있으며 실시예와 비교했을 때 마찰계수가 크게 감소하지 않는다.
반면에 실시예 1 내지 5와 같이 유기첨가제를 코팅하면 비교예1과 비교하여 헤이즈는 거의 변화가 없으면서도 마찰계수가 크게 낮아짐을 알 수 있다. 즉, 투명도는 그대로 유지되면서도 마찰계수가 우수한 필름을 얻을 수 있었다.
도 1은 다층필름으로 구성된 파우치에 의해 포장된 이차전지의 사시도,
도 2는 다층필름으로 구성된 파우치의 단면도이다.
Claims (12)
- 폴리아미드 수지 100중량부에 유기첨가제와 무기미립자 중의 어느 하나이상이 0.01 내지 1 중량부가 포함된 폴리아미드 수지 조성물을 용융압축시켜서 미연신 또는 1축연신한 시트를 만들고, 상기 시트의 일면에 수용성 폴리우레탄계 에멀전, 수용성 멜라민계 경화제과 수용성 실리콘계 첨가제를 함유하는 코팅액으로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 제 1항에 있어서,상기 유기첨가제는 에틸렌비스스테아르마이드 또는 에틸렌-아크릴산 공중합체이고, 상기 무기미립자는 SiO2, Al2O3, CaCO3, MgO, TiO2, 카올린 또는 Talc인 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 제1항에 있어서,상기 코팅액은 고형분 기준으로 수성 폴리우레탄계 에멀젼 1~10 중량%, 수용성 멜라민계 경화제 0.5~5 중량%, 수용성 실리콘계 첨가제 0.01~3 중량% 및 잔량의 물로 이루어짐을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅면의 고형분 두께가 0.05~0.3㎛인 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 의해 제조된 슬립성이 우수한 필름으로, 동마찰계수가 0.2이하이고 코팅에 의한 헤이즈 상승이 1이하인 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재에 있어서,상기 이차전지 포장재의 최외층은 제5항에 기재된 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층인 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 이차전지 포장재.
- 폴리아미드 수지 100중량부에 유기첨가제와 무기미립자 중의 어느 하나이상이 0.01 내지 1 중량부가 포함된 폴리아미드 수지 조성물을 용융압출시켜서 제조한 미연신 또는 2축 연신한 시트 혹은 필름에 수용성 폴리우레탄계 에멀전, 수용성 멜라민계 경화제 및 수용성 실리콘계 첨가제를 함유하는 코팅액으로 오프라인 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 제 7항에 있어서,상기 유기첨가제는 에틸렌비스스테아르마이드 또는 에틸렌-아크릴산 공중합체이고, 상기 무기미립자는 SiO2, Al2O3, CaCO3, MgO, TiO2, 카올린 또는 Talc인 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 제7항에 있어서,상기 코팅액은 고형분 기준으로 수성 폴리우레탄계 에멀젼 1~10 중량%, 수용성 멜라민계 경화제 0.5~5 중량%, 수용성 실리콘계 첨가제 0.01~3 중량% 및 잔량의 물로 이루어짐을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 제7항에 있어서, 상기 코팅면의 고형분 두께가 0.05~0.3㎛인 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 의해 제조된 슬립성이 우수한 필름으로, 동마찰계수가 0.2이하이고 코팅에 의한 헤이즈 상승이 1이하인 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층.
- 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재에 있어서,상기 이차전지 포장재의 최외층은 제11항에 기재된 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층인 것을 특징으로 하는 슬립성이 우수한 이차전지 포장재.
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|---|---|---|---|
| KR1020090132074A KR20110075583A (ko) | 2009-12-28 | 2009-12-28 | 슬립성이 우수한 다층필름으로 구성된 이차전지 포장재의 최외층, 이를 포함하는 이차전지 포장재 및 이의 제조방법 |
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-
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