KR20140087603A - 성형성이 향상된 2차전지 셀파우치용 나일론 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나일론6 수지와 메타자일렌다이아민 수지에 무기입자 카올린 및 유기물 슬립제를 혼합하여 제조된 강도 및 성형성이 향상된 2차전지 셀파우치용 나일론 필름에 관한 것이다.
점도가 3.3 이상인 나일론 수지6와 메타자일렌다이아민6 수지에 평균입경이 1 내지 3㎛인 무기입자(A) 및 슬립제를 포함하며, 강도가 280MPa이상, 열수축률이 3% 이하, 성형성이 8mm 이상인 것을 특징으로 하는 성형성이 향상된 2차전지 셀파우치용 나일론 필름을 제공한다.
본 발명은 강도 및 성형성이 향상되는 특징을 가지고 있으며 이로 인하여 셀파우치 외부층에 요구되는 성형성 필름으로의 적용에 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

성형성이 향상된 2차전지 셀파우치용 나일론 필름{Nylon film having enhanced formability for secondary battery cell pouch}

본 발명은 2차전지 셀파우치용 나일론 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나일론6 수지에 메타자일렌다이아민 및 무기입자 카올린을 혼합하여 필름을 제조하고, 강도 및 성형성이 향상되어 셀파우치 외부층에 요구되는 성형성 필름으로의 적용이 유리한 2차전지 셀파우치용 나일론 필름에 관한 것이다.

일론 필름은 타 필름에 비해 가스배리어성이 우수하여 주로 진공식품포장, 풍선 등의 재료로서 많이 사용되고 있으며 최근 약품포장용, 이차전지용 파우치로서의 사용도 증대되고 있다.

그리고 일반적으로 나일론 필름은 제막시의 연신, 열처리 공정 중에서의 블록킹 및 권취 주름 방지를 위해 소량의 첨가제를 첨가하고 있다. 필름이 가진 성질은 개개의 필름에 따라서 다소 다르지만 각각의 물성적인 특성에 더해 후공정에서 고속 생산성 및 슬리팅성, 인쇄, 라미네이팅 등의 공정이 용이해야 한다. 아무리 우수한 성능을 지닌 필름도 생산 및 후가공성이 용이하지 않으면 상업적으로 이용하는데 문제가 많으므로 그런점에서 필름의 후공정 적합성 및 슬립성은 중요한 성질이다.

그리고 활성이 뛰어난 물질로 필름표면을 이질화하여 슬립성을 개선하는 방법으로 활성이 뛰어난 타물질, 예를 들어 왁스 또는 비스아미드, 불소수지 등을 원료에 혼입해서 제막하거나 표면에 직접 코팅하는 방법이 알려져 있다.

하지만 상기와 같은 방법을 통해서 슬립성 개선은 가능하였으나 제조공정상 또는 품질의 균일성상 많은 문제점들이 발생하였다. 압출제막 시 서냉에 의한 제막조건이 한정적이 되어 조업성이 크게 떨어지게 되고 미분말의 도포법에서는 작업환경을 악화시키며 도포량조절이나 이물질관리 등이 상당히 어려운 문제점이 있다. 또한 엠보싱가공, 매트가공, 화학약품처리 등은 공정이 복잡하며 비용증가의 원인이 되며 투명성 및 표면광택성 등의 물성이 저하되는 문제가 있다. 또한 왁스나 불소수지 등을 원료에 혼합해서 제막하는 법은 후공정에서 인쇄, 라미네이트 등의 접착불량이 발생한다.

또한, 중합 시 무기입자를 첨가하는 방법은 제조비용을 절감하는 등의 우수한 장점을 지니고 있으나 중합공정 시 추출공정에서 무기입자가 같이 추출되고 중합 시 입자가 오랜 시간 높은 알칼리에서 고열과 분산성향상을 위한 공정에서 깨어지거나 녹는 문제가 있다.

필름은 기본적으로 인쇄공정, 라미네이션, 증착 등 대부분의 후가공 공정에서 높은 접착력을 요구하게 되는데 이러한 접착력은 근본적으로는 기재 필름의 표면의 화학적 구조에 의존성이 크지만 동일한 화학적 성분 하에서는 물리적 표면형상이 접착력에 큰 영향을 미친다.

실제로 슬립제의 크기가 크면 소량의 슬립제만 첨가되더라도 마찰계수를 쉽게 내릴 수가 있지만 접착력은 화학적인 면에서 주로 판단해왔기 때문에 무시되어 왔다. 따라서 슬립특성을 위한 슬립제의 구성성분, 크기, 형태 등에는 관심을 가졌지만 슬립제가 후 공정에서의 표면접착력부분에 영향을 미치는 부분은 간과해온 것이 사실이다.

하지만 슬립제에 사용되는 입자에 의한 표면돌기의 향상은 표면의 접착면적을 증가시키는 효과로 인해 인쇄, 라미네이션 접착력, 증착 밀찰력 등 필름의 후가공에서는 접착력 향상을 얻을 수 있다. (대한민국 특허출원 제 03-79148호)

특히 약품포장용이나 이차전지용의 파우치로서 사용되는 나일론 필름은 상기와 같은 슬립성이 높이 요구될 뿐 아니라 제조과정에서 무기입자 상용성으로 인한 파단문제와 재사용이 불가하다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 제조공정 과정에서 무기입자 상용성 불량으로 인한 파단문제와 유기입자 사용으로 인한 제조원가 상승의 문제를 해결한 성형성 필름으로의 적용이 유리한 나일론 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 점도가 3.3 이상인 나일론 수지6와 메타자일렌다이아민6 수지에 평균입경이 1 내지 3㎛인 무기입자(A) 및 슬립제를 포함하며, 강도가 280MPa이상, 열수축률이 3% 이하, 성형성이 8mm 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 메타자일렌다이아민6 수지는 1 내지 20 중량부가 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 나일론 필름에 포함되는 무기입자(A) 카올린과 유기물인 슬립제의 총 함량이 각각 500~2000ppm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 나일론 필름은 환상다이로 압출하고 튜블라 방식으로 이축연신하고 열고정하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 강도 및 성형성이 향상되는 특징을 가지고 있으며 이로 인하여 셀파우치 외부층에 요구되는 성형성 필름으로의 적용에 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다, 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 작성한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

본 발명에서는 통상적으로 나일론필름의 슬립성을 개선하기 위해 무기입자(A)를 함유한 마스터배치를 첨가하여 얻어진 나일론필름으로서 이때, 무기입자는 평균입경이 1 내지 5㎛인 것이 바람직하다. 평균입경이 1㎛보다 작으면 필름 성형 후 요철 형성효과가 작아서 마찰계수를 낮추는데 효과가 작으며 5㎛보다 크면 입자로 인하여 필름제막 시 파단을 증가시킬 수 있다는 문제를 지니게 된다. 무기입자의 함량은 500 내지 2000ppm인 것이 바람직하다.

또한, 사용되는 나일론수지의 상대점도는 2.6 내지 3.5인 것이 바람직하다. 상대점도 2.6 미만이 되게 되면 입자의 분산성은 우수하나 나일론 필름의 베이스수지와 혼합 시 점도차가 크게 되어 나일론 필름을 제막 후 인쇄나 접착코팅 시 부분적으로 되지 않는 망점을 형성시켜 좋은 품질의 제품을 제조할 수가 없다. 또한 상대점도가 3.5 초과하면 입자의 분산성이 떨어져 요구되는 필름의 물성을 만족시킬 수 없다.

그리고 본 발명에서의 무기입자(A)는 제올라이트, 알루미나, 실리카, 카올린, 산화나트륨, 산화칼슘 등을 사용할 수 있고, 이들은 단독 또는 혼합으로 컴파운딩하여 제조가 가능하다.

통상 나일론필름의 두께는 5 내지 50㎛범위 내에서 적절한 두께로 제조하여 사용이 가능하며 나일론필름에 사용되는 나일론수지는 상대점도 3.0 이상인 것이 바람직하다. 상대점도가 3.0 미만이면 나일론필름 제막 후 필름의 물성이 떨어지는 문제점을 가질 수 있으며, 3.6 이상인 경우 압축용융 시 흐름성이 좋지 못하며 연신 시 연신성이 부족하여 요구되어지는 필름의 물성을 만족시키지 못한다.

실시예 및 비교예의 물성평가는 아래와 같이 측정 또는 평가하였다.

<물성측정방법>

1) 인장강도

샘플을 15mm×10cm로 절취하여 25℃에서 상대습도 55% 상태인 항온항습실에서 6시간 방치 후 인장강도 측정기를 이용하여 측정하였다.

2) 열수축률

필름을 수축하는 방향을 길이 방향으로 하여 15mm 폭으로 절단하였다. 절단된 필름의 한쪽 끝에서부터 100mm정도에 선을 긋고, 그 선으로부터 200mm 길이로 필름을 절단하여 샘플을 얻었다. 샘플을 80℃의 온수에 담근 후, 30초 후에 꺼내어 길이의 변화량을 측정하였다.

실시예 1

무기입자(A) 성분으로 카올린을 0.2 중량%를 혼합하여 상대점도가 3.3인 나일론 수지에 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 메타자일렌다이아민6 수지를 5.0 중량%를 압출기 내 혼합하여 제조하였다. 이어서 환상 다이로 265 내지 280℃에서 압출하고 튜블라 방식으로 3×3배로 동시이축 연신하고 열고정하여 25㎛의 나일론 필름을 제조하였다. 또한, 상기와 같이 만들어진 필름을 이용하여 알루미늄 호일을 접착한 후 파우치형태를 제조하고, 그 깊이를 측정하여 표 3에 나타내었다. 그 결과는 하기 표 3에 수록하였다.

구분		메타자일렌 다이아민함량	무기 입자(A) 함량	무기 입자(A) 입경	기본 수지 상대 점도	연신비	비고
실시예	1	5.0%	0.2%	1.5㎛	3.3	3.0	혼합마스터배치
	2	10.0%	0.2%	1.5㎛	3.3	3.0	혼합마스터배치
	3	15.0%	0.2%	1.5㎛	3.3	3.0	혼합마스터배치
	4	20.0%	0.2%	1.5㎛	3.3	3.0	혼합마스터배치

실시예 2

메타자일렌다이아민6 수지를 5.0 중량%로 높인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

실시예3

메타자일렌다이아민6 수지를 15.0 중량%로 높인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

실시예 4

메타자일렌다이아민6 수지를 20.0 중량%로 높인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

비교예 1

비교예로 하기 표 2와 같은 함량으로 제조하고 실시예 1과 같이 필름을 제막하였다.

구분		무기 입자(A) 함량	무기 입자(A) 입경	기본 수지 상대 점도	연신비	비고
비교예	1	0.2%	1.5㎛	3.3	3.0	단독마스터배치

그 결과를 하기 표 3에 수록하였다.

구분		메타자일렌다이아민6 비율	무기 입자 (A) 함량 (ppm)	인장강도				열수축률		성형깊이
				MD	45°	TD	135°	MD	TD	mm
실시예	1	5.0%	2000	287	289	296	288	2.7	2.5	7.5
	2	10.0%	2000	298	297	306	299	2.7	2.6	7.9
	3	15.0%	2000	303	302	312	306	2.6	2.4	8.3
	4	20.0%	2000	314	312	324	316	2.6	2.3	8.8
비교예	1	0.0%	2000	265	266	263	265	2.8	2.6	6.5

표 3의 결과로부터 본 발명에 따라 제조된 나일론 필름은 상기 비교예와 비교하여 볼 때, 강도값이 높은 특징을 가지고 있으며 파우치형태의 성형 깊이성이 더 좋은 것을 알 수 있었다.

Claims (4)

1. 점도가 3.3 이상인 나일론 수지6와 메타자일렌다이아민6 수지에 평균입경이 1 내지 3㎛인 무기입자(A) 및 유기물인 슬립제를 포함하며, 강도가 280MPa이상, 열수축률이 3% 이하, 성형성이 8mm 이상인 것을 특징으로 하는 성형성이 향상된 2차전지 셀파우치용 나일론 필름.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 메타자일렌다이아민6 수지는 1~20 중량부가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 성형성이 향상된 2차전지 셀파우치용 나일론 필름.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 나일론 필름에 포함되는 무기입자(A) 카올린과 유기물인 슬립제의 총 함량이 각각 500~2000ppm인 것을 특징으로 하는 성형성이 향상된 2차전지 셀파우치용 나일론 필름.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 나일론 필름은 환상다이로 압출하고 튜블라 방식으로 이축연신하고 열고정하여 제조되는 것을 특징으로 하는 성형성이 향상된 나일론 필름.