KR20160116702A - 폴리에스테르 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 우수한 광학 특성 및 후가공성을 구현할 수 있는 일축 배향 연신 폴리에스테르 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리에스테르 필름 및 이의 제조방법{POLYESTER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 폴리에스테르 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 우수한 광학 특성 및 후가공성을 구현할 수 있는 일축 배향 연신 폴리에스테르 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

광학용 필름은 디스플레이 기술의 발전과 필름의 고기능화에 따라 그 적용범위가 확대되고 수요가 증대되고 있다. LCD와 같은 디스플레이에 사용되는 광학용 기능성 필름들에는 확산 필름, 프리즘 필름, 시야각 확대 필름, 반사 방지 필름, 보상 필름, 휘도향상 필름, 편광 필름 등이 있으며, 편광 필름을 보호하는 보호 필름도 사용되고 있다.

일축배향 폴리에스테르 필름(Polyester film)은 2축배향 필름에 비하여 필름 면내의 임의의 기준 방향에 대한 주배향각의 불균일이 적은 등의 이유로 광학 특성이 우수하여 편광 필름이나 편광판의 보호 필름으로 사용이 증가되고 있다.

이러한 일축배향 폴리에스테르 필름의 제조방법으로는 폴리에스테르 수지를 용융한 다음 이를 연속적으로 밀어낸 후 급랭하여 얻은 미연식 시트를 텐터식 연신장치를 이용하여 연신하는 방법이 알려져 있다. 텐터연신장치에는 다수의 클립이 등간격으로 탑재되어 있어 필름의 출구측의 구동 스프로켓(sprocket)과 입구측의 자유 스프로켓 사이에서 무한 순환 궤도를 형성해 입구측에서 클립이 필름의 양단부를 파지하고, 예열구역을 지나 연신 구역으로 필름을 진행시켜 연신한 다음 열 고정 및 냉각을 통하여 필름을 제조한다.

한편, 텐터연신장치를 이용한 일축배향 필름의 제조는 필름의 진행 방향과 수직의 방향으로 연신이 이루어져 필름의 배향 방향에 따라 찢어지거나 파단이 일어날 수 있어 성형가공성 및 생산성이 저하될 수 있다. 또한, 필름의 고복굴절을 구현하기에 역부족이다.

일본 공개특허 제2009-166442호(특허문헌 1)에는 일축배향 필름의 안정성 및 생산성을 위하여 연신 장치에 의해 연신 전에 필름의 진행 방향으로 적정 범위로 연신하는 공정을 실시하나 배향 필름의 불균일성 및 복굴절률의 저하 등이 있고 텐터식 설비의 규모가 매우 크고 비용이 높은 문제점이 있다.

일본공개특허 제2009-166442호(2009.07.30)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 높은 복굴절률로 우수한 광학 특성 및 광기능성과 치수안정성 및 성형성을 구현할 수 있는 일축배향 폴리에스테르 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 규모가 크고 비용이 높은 텐터식 설비를 사용하지 않아 생산성을 극대화할 수 있는 일축배향 폴리에스테르 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 일축배향 연신한 것으로, 필름의 종방향 및 횡방향 굴절률의 차이로 정의되는 복굴절률(Δn)이 0.08 ~ 0.2, 복굴절편차율이 3% 이하이며, 광투과율 90% 이상, 헤이즈 5% 이하 및 결정화도 42% 이하, MD 및 TD 방향 열수축율이 3%이하인 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 있어서, 미연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 고유점도가 0.5 내지 0.8㎗/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로부터 형성된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 에틸렌테레프탈레이트 단독 중합체 또는 에틸렌테레프탈레이트 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트를 단위체로 갖는 공중합체이며, 에틸렌테레프탈레이트 단위체 함량이 70 ~ 100 몰% 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트의 단위체 함량이 0 ~ 30 몰%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 우레탄계 수지 에멀젼을 포함하는 프라이머 코팅조성물로 코팅처리된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 있어서, 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 두께가 20 내지 250㎛일 수 있다.

본 발명은 고유점도(IV)가 0.5~0.8㎗/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 용융 압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계,

제조된 미연신 시트를 종방향으로 80 내지 100℃의 온도범위 및 3배 이상의 연신비로 일축 연신한 다음 80 내지 220℃에서 열처리하는 단계,

열처리 이후 필름의 양변부를 고정하고 종방향으로 이완하는 단계 및

열처리된 미연신 시트의 적어도 일면에 프라이머 코팅조성물을 코팅 및 건조하는 단계를 포함하며,

상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 에틸렌테레프탈레이트 단독 중합체 또는 에틸렌테레프탈레이트 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트를 단위체로 갖는 공중합체이며, 에틸렌테레프탈레이트 단위체 함량이 70 ~ 100 몰% 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트의 단위체 함량이 0 ~ 30 몰%이고,

상기 열처리는 닙 롤에 접촉되어 필름의 변부가 압착되는 것을 포함하는 일축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 제조방법에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 우레탄계 수지 에멀젼을 포함하는 프라이머 코팅조성물로 코팅처리된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 있어서, 일축 연신 공정은 예열 후 적어도 한 쌍 이상의 저속 연신롤 및 고속 연신롤 사이에서 연신하고, 이후 냉각롤에서 유리전이온도 이하로 냉각 고정 후 열처리를 연속적으로 실시할 수 있다.

본 발명에 따른 일축배향 폴리에스테르 필름은 연신 중 파단(찢어짐)을 최소화하여 생산성을 높이고, 설비 규모가 매우 큰 텐터 설비를 사용하지 않아 보다 경제적으로 높은 복굴절률과 우수한 광학 특성 및 광기능성을 구현할 수 있는 일축배향 폴리에스테르 필름을 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 우수한 성형가공성 및 치수안정성을 구현할 수 있으며, 생산성을 극대화시킬 수 있는 일축배향 폴리에스테르 필름의 제조방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종방향 일축연신 장치를 간략하게 나타낸 것이다.
도 2는 연속식 열처리 장치의 평면도를 간략하게 나타낸 것이다.
도 3은 연속식 열처리 장치의 정면도를 간략하게 나타낸 것이다.
도 4는 연속식 열처리 장치의 측면도를 간략하게 나타낸 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

본 발명은 일축배향 광학용 필름으로 복굴절률이 조절된 디스플레이용 일축 배향 폴리에스테르 필름을 제공할 수 있다.

이때, 상기 일축 배향 폴리에스테르 필름은 필름의 종방향 및 횡방향 굴절률의 차이로 정의되는 복굴절률(Δn)이 0.08 ~ 0.2, 복굴절편차율이 3% 이하이며, 광투과율 90% 이상, 헤이즈 5% 이하 및 결정화도 42% 이하, MD 및 TD 방향 열수축율이 3%이하인 물성을 만족한다.

본 발명에 따른 일축 배향 폴리에스테르 필름은 복굴절률이 0.08 ~ 0.2, 바람직하게는 0.08 ~ 0.13인 것이 좋다. 상기 복굴절률이 0.08 미만이면 광축 배향 효과가 적어 광기능성 필름 용도에 적용이 어렵고, 0.2 초과이면 광축 배향 효과는 우수하나 필름의 제조가 어렵거나 후가공성이 저하되어 사용이 용이하지 않을 수 있다.

본 발명의 일축 배향 폴리에스테르 필름은 복굴절률과 동시에 복굴절편차율이 3% 이하, 바람직하게는 2.5%인 것이 더욱 좋다. 이때, 복굴절편차율은 일축 연신 방향에 직교되는 방향으로 100mm 간격으로 10포인트, 1000mm 폭의 제품에서 샘플을 취하여 측정한 것으로, 하기 식 1로부터 값을 얻을 수 있다.

(식 1) 복굴절편차율(%)=100× {복굴절 최대치-복굴절 최소치}/10포인트 평균 복굴절률

또한, 광투과율은 90% 이상, 헤이즈 5% 이하 및 결정화도 42% 이하의 물성을 만족한다. 광투과율이 90% 미만이거나 헤이즈가 5% 초과하면 투명한 필름을 요구하는 광기능성 필름 용도에 적용이 어렵다. 동시에 결정화도가 42%를 초과하면 후가공 시 성형이 어렵다. 이때, 결정화도는 표면에 얼룩이 지는 등의 성형성을 위하여 40% 이하, 바람직하게는 10 ~ 40% 이하, 보다 바람직하게는 10 ~ 35%인 것이 더욱 좋다. 또한, 헤이즈는 바람직하게는 0.1 ~ 3%일 수 있다.

이와 동시에 MD 방향의 열수축율과 TD 방향의 열수축율은 3% 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 MD 방향의 열수축율은 1.0 ~ 2.5%, TD 방향의 열수축율은 1.0 ~ 3.0%인 것이 더욱 좋다. 이때 상기 열수축율은 150℃, 30분 조건에서 수축 전후의 길이변화율을 말하는 것이다.

이들 물성의 조합을 갖는 일축 배향 폴리에스테르 필름은 기계적 물성 및 우수한 복굴절률, 광학 특성 및 광기능성을 구현할 수 있으며, 성형가공성 및 치수안정성이 뛰어난 장점이 있다.

본 발명에서 일축 배향된 폴리에스테르 필름은 통상의 폴리에스테르를 사용할 수 있다. 상기 폴리에스테르는 디카르복실산을 주성분으로 하는 산성분과 알킬렌글리콜을 주성분으로 하는 글리콜 성분을 중합한 것이다. 상기 디카르복실산은 제한되지 않으나 테레프탈산 또는 그의 알킬에스테르나 페닐에스테르 등을 사용할 수 있고, 일부는 이소프탈산, 옥시에톡시 안식향산, 아디핀산, 세바신산, 5-나트륨설포이소프탈산 등의 이관능성 카르본산 또는 그의 에스테르 형성 유도체로 치환하여 사용할 수 있다. 또한 글리콜 성분으로는 제한되지 않으나, 에틸렌글리콜을 주로 사용하고, 프로필렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 트리메틸렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디올, 1.4-사이클로헥산디메탄올, 1,4-비스옥시에톡시벤젠, 비스페놀, 폴리옥시에틸렌글리콜 등을 혼합하여 사용할 수 있으며, 일관능성 화합물 또는 삼관능성 화합물을 일부 병용할 수 있다.

이외에도 상기 폴리에스테르는 통상적으로 필름분야에서 사용되는 첨가제, 일예로 피닝제(pinning), 대전방지제, 자외선 안정제, 방수제, 슬립제 및 열안정제 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 성분을 포함할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 폴리에스테르 수지는 당해 기술분야에서 통상적인 중합방법으로 제조될 수 있다. 일예로, TPA(Terephthalic acid)중합법 또는 DMT(dimethyl terephthalate)중합법 등으로 제조할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 폴리에스테르 수지는 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 단독 중합체 및 변성폴리에스테르 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 수지로 제조된 것일 수 있다.다.

상기 변성폴리에스테르는 크게 제한되지 않지만 에틸렌테레프탈레이트 및 에틸렌나프탈레이트를 단위체로 갖는 공중합체를 사용하는 것이 내화학성 및 내구성 향상을 위하여 더욱 좋다. 이하, 에틸렌테레프탈레이트 및 에틸렌나프탈레이트를 단위체로 갖는 공중합체를 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트의 공중합체라고 한다.

상기 변성폴리에스테르는 에틸렌테레프탈레이트 단량체의 함량이 70 ~ 100, 바람직하게는 75 ~ 95몰%일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 복굴절률을 높일 수 있으며 후가공 시 성형성이 더욱 좋다.

본 발명에서 변성폴리에스테르는 일예로, 에틸렌 나프탈레이트 단위가 0 ~ 30몰%, 바람직하게는 5 ~ 25몰%인 에틸렌테레프탈레이트 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트의 공중합체(폴리에틸렌테레프탈레이트/폴리에틸렌나프탈레이트 공중합체; PET/PEN 공중합체)를 사용할 수 있다.

상기 수지는 고유점도(테트라 클로로 에탄 : 페놀 중량비 = 1 : 1 의 혼합 용매를 이용하고, 35℃에서 점도관을 이용하여 측정)가 0.5 ~ 0.8㎗/g일 수 있다. 수지의 고유점도가 상기 범위를 만족하는 경우 우수한 가공성을 구현할 수 있으며, 필름의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 범위를 초과하면 가공이 어렵고 열분해가 급속히 일어나 필름 제조가 어렵다.

또한, 상기 수지는 유리전이온도(Tg)가 65 ~ 100℃인 것이 바람직하다. 상기 유리전이온도를 만족하는 경우 복굴절률의 향상 및 후가공시 우수한 성형가공성을 구현할 수 있다. 유리전이온도는 TA Instrument사 DSC(시차주사 열량계)를 이용하여 측정한다. 일예로, 시료 5 mg를TA Instrument사 DSC(시차주사 열량계)를 이용하여, 승온 속도 20℃/분으로 가열하고, 300℃의 온도로 용융한 후, 액체 질소 중에 급냉한 다음 시료를 10℃/분에 승온하여 유리전이온도를 검지한다.

본 발명에서 일축 배향된 폴리에스테르 필름은 우레탄계 수지 에멀젼을 포함하는 프라이머 코팅조성물로 일면 또는 양면이 코팅 처리될 수 있다. 이때, 프라이머 코팅조성물은 우레탄계 수지로서 에멀젼 중합에 의한 수계 라텍스 상의 물질의 폴리우레탄 코팅조성물일 수 있다. 상기 폴리우레탄 코팅조성물은 이소시아네이트 말단기를 포함하며, 상기 이소시아네이트 말단기의 일부 또는 전부가 무기산염기로 블로킹되어 있는 수분산성 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다.

본 발명에서 수분산성 폴리우레탄 수지는 말단기인 이소시아네이트 관능기가 3개 이상이며, 상기 이소시아네이트기의 일부 또는 전부가 무기산염기로 블록킹되어 있으며, 보다 구체적으로는 설페이트와 같은 무기염으로 블로킹되어 있는 분지형폴리머와, 이소시아네이트 관능기가 2개이며 상기 이소시아네이트기의 일부 또는 전부가 무기산염기로 블록킹되어 있으며, 보다 구체적으로는 설페이트와 같은 무기염으로 블로킹되어 있는 선형폴리머를 포함할 수 있다.

상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 선형폴리머 10 ~ 75 중량%와 분지형폴리머 25 ~ 90 중량%로 이루어진 것을 사용할 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우 고온고습 하에서 접착성이 우수한 도막을 형성할 수 있다. 본 발명에서 상기 분지형 폴리머는 이소시아네이트 관능기가 3개 또는 3개 이상인 수지를 의미한다.

일예로, 상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 폴리올 39 ~ 45중량%, 트리메틸올 프로판 0.3 ~ 1.2 중량% 및 이소시아네이트화합물 50 ~ 57 중량%를 반응시켜 이소시아네이트를 말단기로 갖는 프리폴리머를 제조한 후, 무기산염을 3 ~ 4 중량%를 반응시켜 이소시아네이트 말단에 이온성기를 블록킹하여 제조한 것을 사용할 수 있다. 또한, 중량평균분자량이 10,000 ~ 20,000g/mol인 범위에서 겔화되지 않으며, 수분산 가능하고 고온고습에서 물성이 우수한 도막을 얻을 수 있으므로 바람직하다. 상기 중량평균분자량은 GPC-MALS(Multi Angle Light Scattering) 시스템(Wyatt社)을 이용하여 측정할 수 있다.

본 발명에서 일축 배향된 폴리에스테르 필름은 제한되지 않지만, 바람직하게는 두께가 25 ~ 250㎛, 보다 바람직하게는 30 ~ 200㎛일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 강성 등의 기계적 물성이 향상되고, 우수한 성형가공성 및 작업성을 구현할 수 있어 더욱 좋다.

본 발명은 고유점도(IV)가 0.5 ~ 0.8㎗/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 용융 압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계, 제조된 미연신 시트를 종방향으로 80 내지 100℃의 온도범위 및 3배 이상의 연신비로 일축 연신한 다음, 80 내지 220℃의 온도범위에서 열처리하는 단계, 열처리 이후 필름의 양변부를 고정하고 종방향으로 이완하는 단계 및 열처리된 미연신 시트의 적어도 일면에 프라이머 코팅조성물을 코팅 및 건조하는 단계를 포함하는 일축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 에틸렌테레프탈레이트 단독 중합체 또는 에틸렌테레프탈레이트 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트를 단위체로 갖는 공중합체이며, 에틸렌테레프탈레이트 단위체 함량이 70 ~ 100 몰% 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트의 단위체 함량이 0 ~ 30 몰%이고, 상기 열처리는 닙 롤에 접촉되어 필름의 변부가 압착되는 것을 포함한다.

본 발명에 따른 일축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 다음과 같은 제조방법으로 일 실시될 수 있다.

원료 폴리에스테르 수지를 압출기에서 용융 압출한 다음 수지의 유리전이온도 보다 낮은 온도로 설정된 냉각롤러 표면에 밀착, 냉각시켜서 결정화가 최소화된 미연신 시트를 얻는다. 상기 미연신 시트를 일련의 가열롤을 통하여 유리전이온도 이상으로 예열하고 회전 속도가 다른 적어도 한쌍의 저속롤과 고속롤 사이에서 종방향으로 연신하되 연신비를 3배 이상 실시하여 결정화도의 조절과의 조합에서 복굴절률, 광학특성 및 치수안정성을 향상시킬 수 있다. 이때, 연신비가 상기 범위 미만이면 복굴절률이 목표에 미달되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 연신 온도는 유리전이온도 이상인 80℃ 내지 100℃에서 실시한다. 상기 연신 온도가 80℃ 미만이면 불균일 연신 또는 헤이즈 증가 문제가 발생하고, 100℃ 초과이면 불균일 연신으로 제품의 균일성을 확보하기 어렵다.

또한, 일축연신 후 이어지는 열처리 단계는 일련의 고온 가열롤에 밀착시켜 지나면서 각각의 롤의 속도를 조절하여 연신된 종방향으로 이완율을 조절하여 적용하며 열처리한다. 이때, 열처리는 바람직하게는 80 내지 220℃, 보다 바람직하게는 80 내지 200℃에서 실시하는 것이 열수축 및 후가공시 성형성에 더욱 좋다. 일축연신 시 온도인 80℃ 보다 낮으면 열처리 효과가 미흡하여 열수축율이 지나치게 높아지고, 220℃ 초과이면 결정화도가 급격히 증가하여 후가공시 성형가공성에 문제가 발생할 수 있다. 또한, 본 발명의 열처리 공정은 도 1 내지 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 연속식 열처리 장치(11)를 구비하여 실시할 수 있다. 상기 연속식 열처리 장치(11)는 공정 입구와 출구에 닙롤(Nip Roll)(12)을 부착하여 이완 공정을 보다 정확하게 실시할 수 있다. 이러한 닙롤(12)과 동시에 가열롤 변부에 설치된 소폭의 변부 닙롤(13)을 설치하여 필름이 가열롤에 종방향 및 횡방향으로 고정되어 밀착될 수 있도록 한다. 밀착이 잘 되지 않을 경우 열처리가 불균일하고 이완율이 정확히 적용되지 않아서 열수축율의 불균일이 발생하고 제조된 필름의 외관 형태가 평탄하지 못한 문제가 될 수 있다.

상기 열처리 공정 이후 냉각된 필름은 일련의 가이드롤과 메이어바 또는 그라비어 코터가 설치된 연속식 코터에서 이접착성을 높이는 프라이머 코팅을 실시한다. 이러한 코팅은 필름의 일면 또는 양면에 실시할 수 있다. 코팅된 필름은 이어지는 적외선 열원을 사용하는 건조기를 통과시켜서 건조한다.

상기 프라이머 코팅은 우레탄계 수지 에멀젼을 포함하는 폴리우레탄 코팅조성물인 프라이머 코팅조성물로 실시할 수 있다. 상기 폴리우레탄 코팅조성물은 이소시아네이트 말단기를 포함하며, 상기 이소시아네이트 말단기의 일부 또는 전부가 무기산염기로 블로킹되어 있는 수분산성 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다.

본 발명에서 수분산성 폴리우레탄 수지는 말단기인 이소시아네이트 관능기가 3개 이상이며, 상기 이소시아네이트기의 일부 또는 전부가 무기산염기로 블록킹되어 있으며, 보다 구체적으로는 설페이트와 같은 무기염으로 블로킹되어 있는 분지형폴리머와, 이소시아네이트 관능기가 2개이며 상기 이소시아네이트기의 일부 또는 전부가 무기산염기로 블록킹되어 있으며, 보다 구체적으로는 설페이트와 같은 무기염으로 블로킹되어 있는 선형폴리머를 포함할 수 있다.

상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 선형폴리머 10 ~ 75 중량%와 분지형폴리머 25 ~ 90 중량%로 이루어진 것을 사용할 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우 고온고습 하에서 접착성이 우수한 도막을 형성할 수 있다. 본 발명에서 상기 분지형 폴리머는 이소시아네이트 관능기가 3개 또는 3개 이상인 수지를 의미한다.

일예로, 상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 폴리올 39 ~ 45중량%, 트리메틸올 프로판 0.3 ~ 1.2 중량% 및 이소시아네이트화합물 50 ~ 57 중량%를 반응시켜 이소시아네이트를 말단기로 갖는 프리폴리머를 제조한 후, 무기산염을 3 ~ 4 중량%를 반응시켜 이소시아네이트 말단에 이온성기를 블록킹하여 제조한 것을 사용할 수 있다. 또한, 중량평균분자량이 10,000 ~ 20,000g/mol인 범위에서 겔화되지 않으며, 수분산 가능하고 고온고습에서 물성이 우수한 도막을 얻을 수 있으므로 바람직하다. 상기 중량평균분자량은 GPC-MALS(Multi Angle Light Scattering) 시스템(Wyatt社)을 이용하여 측정할 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하, 물성은 하기 방법으로 측정하였다.

(1) 필름 굴절률 및 복굴절률 측정

프리즘커플러 사용하여 MD 및 TD 방향 굴절률을 측정하고, 이를 이용하여 복굴절을 계산하였다.

복굴절Δn = 굴절률MD 굴절률 TD ( 1축 연신 방향이 MD 인 경우 )

또한, 복굴절률의 편차는 1축 연신 방향에 직교되는 방향으로 100mm 간격으로 10포인트, 1000mm 폭의 제품에서 샘플을 취하여 측정하였다.

복굴절편차율(%) = 100 x {복굴절 최대치-복굴절 최소치}/10포인트 평균복굴절

(2) 결정화도(%)

결정화도는 측정된 시료의 밀도를 이용하여 다음과 같은 계산식으로 계산하였다.

결정화도 =

(100% amorphous 밀도 : 1.335, 이론적인 100% 결정의 PET밀도 : 1.455 )

(3)필름 헤이즈

Nippon Denshoku 300A 측정기를 사용하였으며, ASTM D-1003에 규정에 의해 측정하였다.

(4) 열수축률

필름의 길이방향(MD)과 폭방향(TD)에 대해 30mm(MD)× 400mm(TD) 크기의 직사각형으로 재단하고, TD 방향 양 끝단 50mm지점에서 MD 방향으로 실선을 그어 유효측정길이가 300mm인 시편을 제작한 후, 핀셋 등을 이용하여 좌우 구분없이 시료의 한쪽 끝단에서 50mm이내의 지점을 잡아 전체 시료를 150℃± 0.5℃의 온수 중에 무하중 상태로 하여 완전히 담근 상태에서 10초간 열수축시킨 후, 상온에서 1분간 방치한 후, 초기의 실선으로 표시된 TD방향의 300mm 간격의 줄어든 길이를 측정하여 필름 폭 방향(TD)의 열수축율을 하기 식 1에 따라 구하였다.

또한, MD 방향 양 끝단 15mm 지점에서 TD 방향으로 실선을 그어 유효측정길이가 25mm인 시편을 제작한 후, 핀셋 등을 이용하여 좌우 구분없이 시료의 한쪽 끝단에서 15mm이내의 지점을 잡아 전체 시료를 150℃± 0.5℃의 온수 중에 무하중 상태로 하여 완전히 담근 상태에서 10초간 열수축시킨 후, 상온에서 1분간 방치한 후, 초기의 실선으로 표시된 TD방향의 25mm 간격의 줄어든 길이를 측정하여 필름 폭 방향(MD)의 열수축율을 하기 식 2에 따라 구하였다.

(식 2)

수축율 = (수축전길이 - 수축후길이) × 수축전길이

(5) 제막 작업성

공정 상에서 다발적인 파단, 불균일한 연신 혹은 시트 깨짐 현상이 발생하는 것이 아니면 양호한 것으로 평가하였다.

(6) 표면 성형성

160℃ 가열된 50mesh 크기, 깊이 50um 로 조각된 금형으로 필름 표면을 5MPa의 압력으로 1분간 누르고 난 후에 필름의 절단면을 현미경 관찰하여 필름 표면에 전사, 성형된 돌기의 높이를 구하고 금형의 깊이 대비 성형된 돌기 높이를 백분율 %로 나타낸다. 성형후 필름상에 육안 관찰 얼룩 발생이 있을시 불량으로 판단한다.

[실시예 1]

원료 수지는 고유점도(IV)이 0.65㎗/g이며, 무정형 실리카 입자를 50ppm 함유하는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)수지를 280℃의 압출기로부터 용융 압출시킨 다음 20℃에서 냉각하여 고형화된 미연신 필름을 제조하였다.

상기 미연신 필름을 기계적 종방향(MD)으로 이송되는 롤러를 거쳐 85℃의 예열구간을 거쳐 95℃에서 기계적 방향으로 4.3배의 연신비로 연신시킨 다음 190℃의 열처리 가열롤러에서 필름의 양변부를 Nip롤로 고정하며 열처리하고 30℃ 냉각롤러에서 냉각하여 필름을 제조하였다. 이때, 가열롤과 냉각롤 사이에 필름의 종방향(MD)으로 2% 이완율로 이완을 실시하여 필름의 열수축율을 조절하였다.

다음으로 그라비아 타입의 코터를 이용하여 우레탄 수지계 에멀젼을 코팅한 다음 적외선 건조기를 통하여 건조한 후 권취하였다. 필름의 제조공정 조건은 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 제조된 필름을 이용하여 평가 방법에 따라 측정을 하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[실시예 2 내지 4]

원료 수지로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 대신에 에틸렌나프탈레이트(PEN) 단위체 함량이 8몰%인 폴리에틸렌테레프탈레이트-폴리에틸렌나프탈레이트 공중합체(고유점도(IV)이 0.70㎗/g)를 사용하고, 하기 표 1의 공정 조건으로 실시예 1과 같은 방법으로 필름을 제조하였다. 제조된 필름을 이용하여 평가 방법에 따라 측정을 하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[실시예 5]

원료 수지로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 대신에 에틸렌 나프탈레이트 단위 함량이 17몰%인 폴리에틸렌테레프탈레이트-폴리에틸렌나프탈레이트 공중합체(고유점도(IV)이 0.70㎗/g)를 사용하고, 하기 표 1의 공정 조건으로 실시예 1과 같은 방법으로 필름을 제조하였다. 제조된 필름을 이용하여 평가 방법에 따라 측정을 하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[비교예 1]

원료 수지로 폴리에틸렌테레프탈레이트 대신에 에틸렌 나프탈레이트 단위체 함량이 40몰%인 폴리에틸렌테레프탈레이트-폴리에틸렌나프탈레이트 공중합체(고유점도(IV)이 0.75㎗/g)를 사용하고, 하기 표 1의 공정 조건으로 실시예 1과 같은 방법으로 필름을 제조하였다. 제조된 필름을 이용하여 평가 방법에 따라 측정을 하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[비교예 2 내지 5]

원료 수지로 폴리에틸렌테레프탈레이트 대신에 에틸렌 나프탈레이트 단위체 함량이 8몰%인 폴리에틸렌테레프탈레이트-폴리에틸렌나프탈레이트 공중합체(고유점도(IV)이 0.70㎗/g)를 사용하고, 하기 표 1의 공정 조건으로 실시예 1과 같은 방법으로 필름을 제조하였다. 제조된 필름을 이용하여 평가 방법에 따라 측정을 하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따른 일축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 복굴절률, 복굴절편차율, 헤이즈, 결정화도 및 열수축률의 물성을 만족하고, 제막 작업성 및 표면 성형성이 우수하게 나타났다. 반면, 비교예 1은 PEN 단위체의 함량이 높고, 비교예 2 및 3은 연신 온도가 각각 75℃, 110℃로 낮거나 높아 연신 시 불균일 파단현상이 발생하고 표면 성형 또한 좋지 않게 나타났다. 또한, 비교예 4는 열처리 공정시 이완 공정을 실시하지 않아 표면 성형이 좋지 않게 나타났다. 또한, 비교예 5는 열처리 공정 시 필름의 변부에 닙 롤이 접촉되어 필름이 압착 고정될 수 있도록 하는 장치의 부재로 불균일한 제막과 표면 성형이 좋지 않게 나타났다. 즉, 본원발명에 따른 실시예 1 내지 5는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 연신비, 연신 온도 및 열처리 공정상 조건의 조합을 만족하여 높은 복굴절률과 우수한 광학특성 및 광기능성 구현과 동시에 생산성 및 경제성을 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에서는 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

11: 연속식 열처리 장치
12: 닙롤
13: 변부 닙롤

Claims (8)

1. 필름의 종방향 및 횡방향 굴절률의 차이로 정의되는 복굴절률(Δn)이 0.08 ~ 0.2, 복굴절편차율이 3% 이하이며, 광투과율 90% 이상, 헤이즈 5% 및 결정화도 42% 이하이고, MD 및 TD 방향 열수축율이 3%이하인 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름.
2. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 고유점도가 0.5 내지 0.8㎗/g인 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름.
3. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 에틸렌테레프탈레이트 단독 중합체 또는 에틸렌테레프탈레이트 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트를 단위체로 갖는 공중합체이며, 에틸렌테레프탈레이트 단위체 함량이 70 ~ 100 몰% 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트의 단위체 함량이 0 ~ 30 몰%인 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름.
4. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 우레탄계 수지 에멀젼을 포함하는 프라이머 코팅조성물로 코팅처리된 것인 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름.
5. 제1항에 있어서,
   상기 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 두께가 20 내지 250㎛인 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름.
6. 고유점도(IV)가 0.5~0.8㎗/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 용융 압출하여 미연신 시트를 제조하는 단계,
   제조된 미연신 시트를 종방향으로 80 내지 100℃의 온도범위 및 3배 이상의 연신비로 일축 연신한 다음 80 ~ 220℃에서 열처리하는 단계,
   열처리 이후 필름의 양변부를 고정하고 종방향으로 이완하는 단계 및
   열처리된 미연신 시트의 적어도 일면에 프라이머 코팅조성물을 코팅 및 건조하는 단계를 포함하며,
   상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 에틸렌테레프탈레이트 단독 중합체 또는 에틸렌테레프탈레이트 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트를 단위체로 갖는 공중합체이며, 에틸렌테레프탈레이트 단위체 함량이 70 ~ 100 몰% 및 에틸렌-2,6-나프탈레이트의 단위체 함량이 0 ~ 30 몰%이고,
   상기 열처리는 닙 롤에 접촉되어 필름의 변부가 압착되는 것을 포함하는 일축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 프라이머 코팅조성물은 우레탄계 수지 에멀젼을 포함하는 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 제조방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 일축 연신 공정은 예열 후 적어도 한 쌍 이상의 저속 연신롤 및 고속 연신롤 사이에서 연신하고, 이후 냉각롤에서 유리전이온도 이하로 냉각 고정 후 열처리를 연속적으로 실시하는 것인 일축배향 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 제조방법.

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