KR20190094278A - 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기재필름의 굴절율과 유사한 무기필러를 적용하여 입자 시인성을 향상시키고, 코팅층의 굴절률을 기재필름의 굴절률보다 낮은 프라이머를 적용하여 표면 반사율을 낮춰 고투과율을 확보할 수 있는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.
Description
본 발명은 윈도우용 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축시 페인트 등의 오염물이 유리에 부착되어 건축완공 후 제거가 곤란한 문제 등을 해결하기 위해 유리에 부착하여 윈도우를 보호할 수 있도록 하는 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.
윈도우용 폴리에스테르 필름은 투명성, 입자 시인성, 슬립성, 공정 주행안정성 등의 여러 가지 특성이 요구된다. 종래 윈도우용 폴리에스테르 필름은 공압출법을 적용하여 입자 사이즈 및 함량을 조절하거나, 내부 입자를 적용하여 고투명성, 입자시인성 물성을 확보하여 필름을 제조하고 있으나, 입자 사이즈를 줄이거나 내부 입자법을 적용하면 필름 표면의 마찰 특성 저하로 외관 문제가 발생하거나 필러의 분산이 제대로 이루어지지 않아 입자 시인성 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 무기필러와 코팅층의 굴절률을 조절함으로써 표면 반사율을 낮춰 고투과율을 확보할 수 있고, 필름 표면의 슬립성을 보유하여 외관 개선이 가능하고, 입자 시인성과 고투명 물성을 확보할 수 있는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명의 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름은, 폴리에스테르 기재필름의 적어도 일면에 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지 또는 폴리우레탄 수지를 바인더로 포함하는 코팅층이 코팅되고, 상기 폴리에스테르 기재필름은 굴절률이 1.55 내지 1.70인 무기 필러 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 무기 필러 입자의 사이즈는 1.0 내지 4.0 ㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 무기 필러 입자의 함량은 100ppm 내지 500ppm 인 것을 특징으로 한다.
또한, 무기 필러 입자는 실리카, 카올린 또는 황산바륨인 것을 특징으로 한다.
또한, 코팅층의 두께는 85 내지 95 nm 인 것을 특징으로 한다.
또한, 바인더의 굴절률은 폴리에스테르 기재필름의 굴절률보다 낮은 것을 특징으로 한다.
또한, 코팅층을 형성하는 도포액은 바인더 10 내지 20 wt%, 멜라민 경화제 0.1 내지 5 wt%, 무기 입자 0.2 내지 1 wt% 및 잔부의 물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더는 아크릴 수지인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기입자는 실리카 또는 PMMA 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름은, 필름 표면의 슬립성을 보유하여 외관 개선이 가능하며, 무기 필러와 코팅층의 굴절률 조절을 통해 입자 시인성과 고투명 물성을 함께 확보 가능한 효과가 있다.
도 1은 특정한 굴절률을 갖는 서로 다른 바인더를 포함하는 3가지 코팅층의 두께에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름에 관하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 기재필름의 적어도 일면에 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지 또는 폴리우레탄 수지를 바인더로 포함하는 코팅층이 코팅되고, 상기 폴리에스테르 기재필름은 무기 필러 입자를 포함한다.
본 발명의 폴리에스테르 기재필름은 종류에 제한이 없으나, 종래에 실리콘 이형 코팅의 기재필름으로 알려져 있는 공지의 것을 사용할 수 있고, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지를 예로 들 수 있다.
상기 기재필름을 구성하는 폴리에스테르는, 방향족 디카르복시산과 지방족 글리콜을 중축합시켜 얻은 폴리에스테르를 가르킨다. 방향족 디카르복시산으로는, 테레프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르복시산 등을 들 수 있고, 지방족 글리콜로서는, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올 등을 들 수 있다. 대표적인 폴리에스테르로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌-2,6-나트탈렌디카르복실레이트(PEN) 등이 있다. 상기 폴리에스테르는 제 3성분을 함유한 공중합체도 가능하다.
상기 공중합 폴리에스테르의 디카르복시산 성분으로서는, 이소프탈산, 프탈산, 테레프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복시산, 아디프산, 세바스산, 옥시카르복시산(예컨대, P-옥시벤조산 등)을 들 수 있고, 글리콜 성분으로서 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 네오펜틸글리콜 등을 들 수 있다. 이들의 디카르복시산 성분 및 글리콜 성분은 2종 이상을 병용하여도 좋다.
본 발명의 폴리에스테르 기재필름은 두께가 23 ㎛ 내지 188 ㎛인 것이 바람직하다. 상기 두께는 필름이 윈도우용으로 사용되기 위하여 바람직한 두께이다.
본 발명의 코팅층은 바인더로 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지 또는 폴리우레탄 수지를 포함한다.
본 발명의 폴리에스테르 필름은 윈도우용으로 사용되기 위해 고투명성이 요구되며, 이에 따라 투과율을 상승시키는 것이 필요하다. 투과율을 상승시키기 위해서는 프라이머 코팅층에 포함되는 코팅 물질의 굴절률과 코팅 두께가 중요한 역할을 한다.
본 발명은 폴리에스테르 기재필름의 굴절률보다 굴절률이 낮은 코팅층을 적용하여 표면 반사율을 낮춰 고투과율을 확보하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 빛이 서로 다른 매질의 경계면을 통과시 반사광(광손실)이 발생되며, 공기중의 굴절률이 n인 매질로 빛이 입사하는 경우 반사율은 다음 [식 1]과 같다.
[식 1]
일례로 PET의 굴절률인 1.64를 적용시 공기와 PET의 계면에서는 약 5.8%의 반사광(광손실)이 발생되며, PET 필름 내 추가적인 광손실이 없다고 가정시 코팅층이 형성되지 않은 PET 필름의 투과율은 94.2% 이다.
상기 식 1에서 알 수 있듯이 매질의 굴절률이 클수록 반사되는 빛의 양은 많게 되며, 적당한 귤절률을 갖는 물질을 매질에 코팅하는 경우 공기와 매질의 굴절률 차이를 줄임으로써 반사율을 줄일 수 있다. 반사율을 줄이기 위한 코팅층의 코팅 물질은 하기 [식 2]의 굴절률을 만족하는 물질인 것이 바람직하다.
[식 2]
ns : 기재의 굴절률
따라서 본 발명의 PET 필름에 코팅시 반사율을 최소로 하는 코팅 물질은 1.28의 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 일반적인 유기 물질의 경우 굴절률이 대부분 1.4 이상이므로, 최대한 1.28에 가까운 굴절률을 갖는 물질을 선정하여야 반사율을 최소화하고 투과율을 높일 수 있다. 또한, 바인더의 굴절률은 기재필름의 굴절률보다 낮은 것이 바람직하다.
따라서 본 발명의 코팅층에 포함되는 바인더는 아크릴 수지(굴절률 1.48), 폴리우레탄 수지(굴절률 1.53), 폴리에스테르 수지(굴절률 1.60) 순서로 반사율을 최소화 하고 투과율을 높일 수 있는 효과가 있고, 굴절률 1.50 이하의 바인더를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 바인더의 크기는 50nm 이상의 것을 쓰는 것이 바람직하다. 50nm 미만의 것을 사용할 경우 권취에 불리하다.
본 발명은 코팅층의 두께가 85 내지 95nm 인 것이 바람직하다. 해당 범위를 벗어날 경우, 필름의 투명성이 저하된다.
굴절률이 낮은 코팅 물질을 선정하여 코팅층을 형성하더라도, 최적의 코팅층 두께를 선정해야만 코팅층 내부 광의 반사율을 최소한으로 할 수 있으며, 최적의 코팅층 두께는 하기 [식 3]과 같다.
[식 3]
d : 코팅층 두께(nm)
λ : 코팅층 내부 광의 파장(nm)
상기 식 3의 좌변은 내부 침투한 광이 코팅층 표면의 표면 반사광보다 2배의 광경로를 갖는 다는 것을 의미하고, 우변은 내부 침투 반사광 파장의 길이를 반파장으로 설정시 코팅층 표면의 반사광과 상쇄 간섭에 의해 반사율을 최소화할 수 있다는 의미이다.
본 발명에서 바인더로 사용되는 아크릴 수지(굴절률 1.48), 폴리우레탄 수지(굴절률 1.53), 폴리에스테르 수지(굴절률 1.60) 각각을 포함하는 코팅층의 두께에 따른 투과율은 도 1과 같다. 도 1 로부터 코팅층에 굴절률이 낮은 아크릴 수지 바인더 적용시 반사율을 최소화하고, 투과광을 최소화할 수 있으며, 이 때 최적의 코팅층 두께는 85 내지 95nm 범위임을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 코팅층을 형성하는 도포액은 바인더 10 내지 20 wt%, 멜라민 경화제 0.1 내지 5 wt%, 무기 입자 0.2 내지 1 wt% 및 잔부의 물을 균일하게 분산시킨 것을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 바인더는 아크릴 에멀젼 수지인 것이 바람직하다. 상기 무기입자는 실리카 또는 PMMA인 것이 바람직하다.
본 발명의 폴리에스테르 기재필름은 무기 필러 입자를 포함하고, 상기 무기 필러 입자는 실리카, 카올린 또는 황산바륨 등이 사용될 수 있다. 무기 필러 입자는 100 내지 500ppm 포함하는 것이 바람직하다. 100ppm 미만인 경우, 마찰특성 저하로 권취성이 떨어지며, 500ppm 초과인 경우 투명성이 떨어진다.
본 발명의 윈도우용 폴리에스테르 필름은 고투명성을 나타내기 위하여 필름 내 입자 시인성을 확보하는 것이 중요하다. PET 기재 필름 내 포함되는 무기 필러는 필름 표면의 슬립성 부여와 헤이즈 조절 등의 목적으로 투입되고 있으나, 투명성이 요구되는 윈도우용 필름 등에서는 입자 시인성 문제를 야기할 수 있다. 기재필름 내에 포함되는 무기 필러는 그 입자의 굴절률과 사이즈 등에 따라 광산란이 발생하며, 산란의 정도는 입자와 매질의 굴절률 차이와 입경의 함수로 나타낼 수 있다. 이는 다음 [식 4]에 나타나 있다.
[식 4]
s : 광 산란 정도
m : 입자의 굴절률/기재의 굴절률
D : 입자의 입경(nm)
λ : 입사되는 빛의 파장(nm)
본 발명의 폴리에스테르 필름이 가시광 영역에서 투명하기 위한 무기 필러 입자의 최소 입경은 약 50 nm 이고, 1.0 내지 4.0 ㎛인 것이 바람직하다. 1.0 ㎛ 미만인 경우 표면조도 저하로 생산성이 떨어지고, 4.0 ㎛ 초과인 경우 입자시인성이 저하된다.
무기 필러 입자의 입자 사이즈와 더불어 굴절률이 입자 시인성을 확보하는데 영향을 주며, 본 발명의 무기 필러의 굴절률은 1.55 내지 1.70 범위인 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 굴절률을 갖는 경우 폴리에스테르 기재필름과의 굴절률 차이로 인해 입자 시인성이 떨어지는 문제가 나타난다. 따라서 폴리에스테르 기재필름과 굴절률이 유사한 무기 필러 입자를 사용하는 경우 입자 시인성이 향상될 수 있다. PET 기재필름과 무기 필러의 굴절률비에 따른 Factor는 하기 표 1과 같다.
| 구분 | 실리카 | 카올린 | 황산바륨 |
| 굴절률 | 1.46 | 1.56 | 1.61 |
| PET와 무기 필러 입자의 굴절률비 Factor | 1.3*10-2 | 2.6*10-3 | 4.1*10-4 |
매질인 PET 기재필름과 무기 필러 입자의 굴절률의 차이가 작을수록 굴절률비 Factor는 작아지며, 광 산란의 정도 및 입자 시인성 측면에서 유리해질 수 있다. 따라서 본 발명은 무기 필러 입자로 황산바륨, 카올린, 실리카 순서로 입자 시인성이 우수한 효과를 나타낸다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하며, 이러한 실시예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
후술하는 실시예와 비교예에 나타난 광특성, 입자시인성, 표면조도 및 마찰계수를 측정하는 방법은 다음과 같다.
광특성
측정방법
NIPPON DENSHOKU사에서 제조된 HAZE 측정기(NDH 500)를 이용하여 헤이즈와 투과율을 측정하였다.
입자시인성 평가방법
형광등에 비추어보았을 때, 입자가 보이는 정도를 하기와 같이 평가하였다.
◎: 입자가 시인되지 않음.
○: 입자가 약하게 시인됨.
△: 입자가 시인됨
X : 입자가 강하게 시인됨
표면조도
측정방법
DIN-4766에 준하여 측정하였다.
마찰계수 측정방법
25℃, 60% RH 조건하에서 동/정 마찰계수를 ASTM D1894에 준하여 측정하였다. 150 mm/min의 속도로 5회 측정하여 최대값과 최소값을 제외한 나머지 값의 평균값으로 구하였다.
실시예
1
평균입자크기가 약 2.7㎛인 실리카 입자함량이 약 10,000 ppm함유하는 폴리에스테르(원료 A)와 입자를 함유하지 않은 폴리에스테르 수지(원료 B)를 3:97비율로 혼합하여 스킨층에 투입하고, 입자를 포함하지 않은 폴리에스테르 수지를 코어층에 투입하여 폴리에스테르 필름 제조 방식에 따라 건조, 용융 및 공압출하여 캐스팅 드럼에서 냉각시켜 시트를 제조하였다. 이 시트를 종방향으로 90℃에서 120℃의 온도 범위에서 3.2배의 연신비로 연신 후 편면에 폴리우레탄계 수지 프라이머를 도포하였다. 이후 횡방향으로 100℃에서 140℃의 온도범위에서 3.8배 연신하여 220℃~240℃의 온도 범위에서 열처리를 행하여 평균 두께 23㎛의 필름을 얻었으며, 제조된 각 층의 두께는 0.7㎛/21.6㎛/0.7㎛이었다.
실시예
2
아크릴계 프라이머를 이용하여 코팅한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예
3
원료 A에 사용하는 무기입자를 BaSO4로 변경하고, 아크릴계 프라이머를 이용하여 코팅한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예
1
원료 A와 원료 B를 3:97의 비율로 블렌드하여 무기입자 함량이 300ppm인 단층구조의 폴리에스테르 필름을 만들어 기재필름으로 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 폴리에스테르 필름의 구성은 하기 표 2에, 폴리에스테르 필름의 광특성, 입자시인성, 표면조도 및 마찰계수 측정값은 하기 표 3에 나타내었다.
| 필름층구조 | 무기필러 종류 | 무기입자 함량 | 프라이머 종류 | |
| 실시예 1 | 3 layer | SiO2 | 300 ppm | 우레탄 |
| 실시예 2 | 3 layer | SiO2 | 300 ppm | 아크릴 |
| 실시예 3 | 3 layer | BaSO4 | 300 ppm | 아크릴 |
| 비교예 1 | 1 layer | SiO2 | 300 ppm | 우레탄 |
| 구분 | 광특성 | 입자시인성 | 표면조도(㎛) | 마찰계수 | ||||
| T.T(%) | Haze | Ra | Rz | Rmax | ||||
| 실시예 | 1 | 90.5 | 1.0 | △ | 0.042 | 0.218 | 1.223 | 0.41/0.29 |
| 2 | 90.8 | 1.0 | △ | 0.045 | 0.237 | 1.214 | 0.38/0.27 | |
| 3 | 90.9 | 0.7 | ○ | 0.023 | 0.157 | 0.856 | 0.42/0.35 | |
| 비교예 | 1 | 90.4 | 1.7 | × | 0.048 | 0.229 | 1.105 | 0.40/0.29 |
Claims (9)
- 폴리에스테르 기재필름의 적어도 일면에 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지 또는 폴리우레탄 수지를 바인더로 포함하는 코팅층이 코팅되고, 상기 폴리에스테르 기재필름은 굴절률이 1.55 내지 1.70인 무기 필러 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
- 제 1 항에 있어서, 무기 필러 입자의 사이즈는 1.0 내지 4.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
- 제 1 항에 있어서, 무기 필러 입자의 함량은 100ppm 내지 500ppm 인 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
- 제 1 항에 있어서, 무기 필러 입자는 실리카, 카올린 또는 황산바륨인 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
- 제 1 항에 있어서, 코팅층의 두께는 85 내지 95 nm 인 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
- 제 1 항에 있어서, 바인더의 굴절률은 폴리에스테르 기재필름의 굴절률보다 낮은 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
- 제 1 항에 있어서, 코팅층을 형성하는 도포액은 바인더 10 내지 20 wt%, 멜라민 경화제 0.1 내지 5 wt%, 무기 입자 0.2 내지 1 wt% 및 잔부의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
- 제 7 항에 있어서, 상기 바인더는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
- 제 7 항에 있어서, 상기 무기입자는 실리카 또는 PMMA 인 것을 특징으로 하는 고투명 윈도우용 폴리에스테르 필름.
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