KR20200029602A - 인성, 고온 성능 및 uv 흡수성을 갖는 다층 등방성 필름 - Google Patents

인성, 고온 성능 및 uv 흡수성을 갖는 다층 등방성 필름 Download PDF

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데릭 더블유 패츠먼
리처드 유펭 리우
빅터 호
티모시 제이 헤브린크
케빈 티 허서비
더로프스키 존 에프 써드 반
존 피 퍼셀
윌리엄 티 페이
제임스 비 스바챠
리처드 제이 톰슨
티모시 제이 린퀴스트
크리스토퍼 제이 덕스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은 다층 필름, 및 그러한 필름을 제조하는 공정에 관한 것으로, 이는 높은 모듈러스, 높은 사용 온도, UV 차단 및 인성의 원하는 특성을 갖는 낮은 탁도의 비정질 등방성 필름의 박리가능한 얇은 층을 특징으로 하는 기재의 제공을 가능하게 한다. 이형 층 및 지지 기재(substrate)의 상부에 얇은 등방성 UV 차단 층을 제공하는 것을 가능하게 하도록 공-압출(co-extrusion), 공-배향(co-orientation) 및 어닐링(annealing) 공정을 사용하여 필름을 제조한다. 이들 필름 구성은 코팅 및 변환과 같은 추가의 처리 단계 동안 함께 유지될 수 있다. 이형 및 치수적으로 안정한 기재 층은 일단 처리 단계가 완료되면 용이하게 제거될 수 있다.

Description

인성, 고온 성능 및 UV 흡수성을 갖는 다층 등방성 필름
다수의 필름 응용, 특히 전자 디바이스의 경우, 제조업자는 더 얇고 더 가벼운 설계 요소를 원한다. 그 결과, 다수의 응용에 있어서 얇은 기재(substrate)를 제공하고자 하는 강한 요구가 있다. 더욱이, 이들 응용 중 일부는 기재 필름과 관련된 임의의 광학 손실, 흡수 및 탁도(haze)를 최소화하고자 시도하고 있다. 추가적으로, 다수의 응용은 광의 편광 소멸(depolarization)에 민감하고, 따라서 고도로 등방성인 기재를 필요로 한다. 또한, 공정 취급 단계뿐만 아니라 최종 응용 둘 모두에 있어서, 높은 모듈러스, 높은 사용 온도 및 합리적인 인성(비-취성)의 기재가 요구된다. 마지막으로, 다수의 통합 디스플레이 기재는 재료들 중 일부를 디스플레이 매트릭스 내에 더 깊이 (광원으로부터 멀어지게) 보호하기 위해 일정 수준의 자외(UV) 광 차단을 제공할 필요가 있다.
등방성 저 탁도 필름은 알려져 있다. 예를 들어, 아크릴 및 COC 시트/롤이 시장에서 입수가능하다. 그러나, 이들 필름은 난제의 물리적 특성으로 인해 어려움을 겪고, 이들(또는 코폴리에스테르)과 같은 등방성 필름의 얇은 변형(version)은 어쨌던 입수하고자 하면 매우 고가이며, 이들로 작업하기는 매우 힘들다. 또한, 이들 필름은 필요한 양의 UV 광 차단을 본질적으로 제공하지 않는다.
제1 다층 필름은 배향 층, 박리 층, 및 등방성 층을 순서대로 포함한다. 배향 층, 박리 층, 및 등방성 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
제2 다층 필름은 제1 배향 층, 제1 박리 층, 등방성 층, 제2 박리 층, 및 제2 배향 층을 순서대로 포함한다. 제1 및 제2 배향 층, 제1 및 제2 박리 층, 및 등방성 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
제3 다층 필름은 제1 등방성 층, 제1 박리 층, 배향 층, 제2 박리 층, 및 제2 등방성 층을 순서대로 포함한다. 제1 및 제2 등방성 층, 제1 및 제2 박리 층, 및 배향 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
제4 다층 필름은 제1 등방성 층, 배향 층, 타이(tie) 층, 박리 층, 및 제2 등방성 층을 순서대로 포함한다. 제1 및 제2 등방성 층, 타이 층, 및 박리 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
제5 다층 필름은 제1 등방성 층, 제1 박리 층, 제1 타이 층, 배향 층, 제2 타이 층, 제2 박리 층, 및 제2 등방성 층을 순서대로 포함한다. 제1 및 제2 등방성 층, 제1 및 제2 박리 층, 제1 및 제2 타이 층, 및 배향 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
제6 다층 필름은 제1 배향 층, 등방성 층, 및 제2 배향 층을 순서대로 포함한다. 제1 및 제2 배향 층, 및 등방성 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
제7 다층 필름은 제1 등방성 층, 배향 층, 및 제2 등방성 층을 순서대로 포함한다. 배향 층, 및 제1 및 제2 등방성 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
제8 다층 필름은 제1 배향 층, 제1 등방성 층, 타이 층, 제2 등방성 층, 및 제2 배향 층을 순서대로 포함한다. 제1 및 제2 배향 층, 제1 및 제2 등방성 층, 및 타이 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
제9 다층 필름은 제1 배향 층, 타이 층, 및 제2 배향 층을 순서대로 포함한다. 제1 및 제2 배향 층, 및 타이 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향된다.
다른 다층 필름은, 압출되지만 배향되지 않은 캐리어 층이 배향 층 대신이며 다른 층은 반드시 압출성이거나 배향될 필요가 없는 이들 9개 또는 다른 실시 형태들 중 임의의 것을 포함한다.
첨부 도면은 본 명세서에 포함되고 그의 일부를 구성하며, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 이점 및 원리를 설명한다. 도면에서,
도 1은 3-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 2는 4-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 3은 5-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 4는 5-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 5는 5-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 6은 7-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 7은 3-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 8은 3-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 9는 5-층 필름 실시 형태의 측면도이고;
도 10은 3-층 필름 실시 형태의 측면도이다.
본 발명의 실시 형태는 다층 필름, 및 그러한 필름을 제조하는 공정을 포함하는데, 이는 높은 모듈러스, 높은 사용 온도, UV 차단 및 인성의 원하는 특성을 갖는 낮은 탁도의 비정질 등방성 필름의 박리가능한 얇은 층을 특징으로 하는 기재의 제공을 가능하게 한다.
다층 공압출(co-extrusion), 공배향(co-orientation) 및 어닐링(annealing) 공정은 얇은 등방성 UV 차단 층을 이형 층 및 지지 기재의 상부에 제공하는 것을 가능하게 하는 데 사용된다. 이들 필름 구성은 코팅 및 변환과 같은 추가의 처리 단계 동안 함께 유지될 수 있다. 이형 층 및 치수 안정한 기재 층은 일단 처리 단계가 완료되면 용이하게 제거될 수 있다.
상기에 열거된 특징을 갖는 필름을 제공하기 위하여, 원하는 중합체 재료의 층을 캐리어 배킹(backing) 상으로 압출 코팅하거나 용매 코팅하는 것과 같은 대안적인 제조 방법이 시도될 수 있다.
더 높은 MW(20,000+ amu)의 방향족 폴리에스테르의 용해도는 매우 제한되어 있기 때문에, 본 발명의 다층 필름을 위한 예시적인 등방성 재료를 용매 코팅하는 것은 어려울 것이다. 낮은 고형물, 및 바람직하지 않은 용매 선택, 예컨대 트라이플루오로아세트산 또는 o-클로로벤젠/페놀은 일정 수준의 용해도를 제공할 수 있는 제한된 용매 세트의 2가지 예이다.
또한, 재료의 넓고 깨끗하고 균일한 층을 압출 코팅하는 것은 상당히 어려울 수 있다. 압출 코팅된 얇은 층은 용융 완전성(melt integrity), 라인 속도 능력(line speed capability) 및 두께 제어(caliper control)에 의해 빈번하게 제한되며, 약 20 마이크로미터의 하한을 갖는 경향이 있다. 추가적으로, 공압출 공정 그 자체는 본 발명의 다층 필름에 사용되는 재료를 비롯한 많은 중합체에 어느 정도의 복굴절/지연(birefringence/retardance)을 부여한다.
놀랍게도 낮은 등방성 성능을 나타내는 낮은 탁도의 얇은 필름은, 치수 안정성을 제공하는 캐리어 기재 및 박리 층과의 공압출, 필름의 층들의 공배향 및 필름의 어닐링을 포함하는 공정을 통해 제조되었다. 본 발명의 다층 필름에 대한 배향 및 어닐링 공정은 복굴절/지연을 바람직한 수준으로 감소시킨다. 또한, 본 발명의 다층 필름을 위한 공압출 공정은 새로운 깨끗한 표면을 제공할 수 있으며 압출 코팅 공정에 전형적인 표면 결함 및 다이 빌드업(die build-up)(올리고머) 문제를 피하게 한다. 따라서, 재료 및 공정 조건의 신중한 선택을 통해, 낮은 탁도, 인성, UV 차단성 및 등방성의 얇은 필름 물품이 생성되었다.
하기는 다층 필름 물품의 예시적인 구성이다. 다양한 층에 대한 재료, 및 물품의 제조 방법이 하기에 추가로 기술된다.
도 1은 ABC 층 구성을 갖는 3-층 필름(10)의 측면도이다. 필름(10)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 배향 층 A(12); 박리 층 B(14); 및 등방성 층 C(16). 필름(10)의 이러한 구성은 안정화 층 A 및 박리 층 B와 함께 등방성 층(층 C)을 제공한다.
도 2는 ADBC 층 구성을 갖는 4-층 필름(18)의 측면도이다. 필름(18)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 배향 층 A(20); 타이 층 D(22); 박리 층 B(24); 및 등방성 층 C(26). 필름(18)의 이러한 구성은 층들의 제1 분리가 발생할 위치를, 이 경우에는 층 B와 층 C 사이를 제어하는 추가적인 능력을 제공한다.
도 3은 ABCBA 층 구성을 갖는 5-층 필름(28)의 측면도이다. 필름(28)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 배향 층 A(30); 박리 층 B(32); 등방성 층 C(34); 박리 층 B(36); 및 배향 층 A(38). 필름(28)의 이러한 구성은 등방성 층(층 C)의 새로운 멸균 표면을 가능하게 한다.
도 4는 CBABC 층 구성을 갖는 5-층 필름(40)의 측면도이다. 필름(40)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 등방성 층 C(42); 박리 층 B(44); 배향 층 A(46); 박리 층 B(48); 및 등방성 층 C(50). 필름(40)의 이러한 구성은 등방성 층(층 C)의 이중 생성을 가능하게 한다.
도 5는 CADBC 층 구성을 갖는 5-층 필름(52)의 측면도이다. 필름(52)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 등방성 층 C(54); 배향 층 A(56); 타이 층 D(58); 박리 층 B(60); 및 등방성 층 C(62). 필름(52)의 이러한 구성은 등방성 층(층 C)의 제어된 이형을 가능하게 하고, 또한 필름의 우수한 컬(curl) 제어를 가능하게 한다.
도 6은 CBDADBC 층 구성을 갖는 7-층 필름(64)의 측면도이다. 필름(64)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 등방성 층 C(66); 박리 층 B(68); 타이 층 D(70); 배향 층 A(72); 타이 층 D(74); 박리 층 B(76); 및 등방성 층 C(78). 필름(64)의 이러한 구성은 등방성 층(층 C)의 제어된 이형 및 이중 생성을 겸비한다.
도 7은 ACA 층 구성을 갖는 3-층 필름(80)의 측면도이다. 필름(80)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 배향 층 A(82); 등방성 층 C(84); 및 배향 층 A(86). 필름(80)의 이러한 구성은 안정화 층(층 A)과 함께 등방성 층(층 C)을 제공한다.
도 8은 CAC 층 구성을 갖는 3-층 필름(88)의 측면도이다. 필름(88)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 등방성 층 C(90); 배향 층 A(92); 및 등방성 층 C(94). 필름(88)의 이러한 구성은 등방성 층(층 C)의 이중 생성을 가능하게 한다.
도 9는 ACDCA 층 구성을 갖는 5-층 필름(96)의 측면도이다. 필름(96)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 배향 층 A(98); 등방성 층 C(100); 타이 층 D(102); 등방성 층 C(104); 및 배향 층 A(106). 필름(96)의 이러한 구성은 등방성 층들 사이에 중합체 재료(층 D)를 포함시킴으로써 등방성 층(층 C)의 추가 기능성을 가능하게 한다.
도 10은 ADA 층 구성을 갖는 3-층 필름(108)의 측면도이다. 필름(108)은 도시된 바와 같은 구성으로 하기의 층들을 포함한다: 배향 층 A(110); 타이 층 D(112); 및 배향 층 A(114). 필름(108)의 이러한 구성은 안정화 층(층 A)과 함께 열가소성 재료의 단일 층(층 D)을 가능하게 한다.
실시예에서 추가로 기술되는 바와 같이, 도 1 내지 도 10의 다층 필름 구성은 층에 대한 재료의 공압출에 이은 상기 공압출된 층 재료의 배향 및 어닐링에 의해 제조될 수 있다.
이들 다층 필름을 제조하는 데 이용되는 재료 세트는 하기를 포함한다.
층 A 재료는 바람직하게는 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 PEN 또는 저 용융 PEN이다. PEN은 0.48 IV 폴리에틸렌 나프탈레이트 중합체로서 기술될 수 있다. 저 용융 PEN은 에스테르 기준으로 90 몰% 나프탈레이트 모이어티(moiety) 및 10 몰% 테레프탈레이트 모이어티로 구성된 0.48 IV 코폴리에스테르로서 기술될 수 있다. 에틸렌 글리콜은 이러한 중합체에서 다이올을 포함한다. 층 A는 캐리어 비히클(vehicle), 즉 지지 기재로서 역할을 하는 배향 층이며, 배향 및 어닐링 공정 둘 모두 동안 평평한 필름 생성을 가능하게 한다. 어닐링 후, 층 A는 높은 모듈러스 및 치수 안정성을 제공하는 역할을 한다.
층 B 재료는 바람직하게는 하기 재료들의 블렌드이다: A 층, C 층 및 D 층과의 공압출 및 공배향이 가능한 폴리프로필렌 또는 코폴리프로필렌. 이들 재료의 예는 리온델-바젤(Lyondell-Basell)로부터 입수가능한 코폴리프로필렌(7% 폴리에틸렌)인 프로-팍스(Pro-Fax) SR549M이다. 이들 폴리프로필렌은 층 B의 70 중량% 이상을 구성하고 하기의 하나 이상과의 블렌드이다: 층 A, 층 C 및 층 D와의 공압출 및 공배향이 가능한 SEBS/SEPS 블록 공중합체. 이들 재료의 예에는 크라톤 코포레이션(Kraton Corporation)으로부터 입수가능한 크라톤 G1645 및 크라톤 G1657이 포함된다. 층 B는 층 A, 층 C 및 층 D와의 공압출 및 공배향이 가능한 올레핀계 정전기방지제(antistat agent)를 또한 함유할 수 있으며, 이는 필름 캐스팅 공정에서 정전기 피닝(electrostatic pinning)을 향상시킬 것이다. 예시적인 정전기방지 수지는 산요 케미칼 인더스트리즈(Sanyo Chemical Industries)로부터 입수가능한 펠레스탯(Pelestat) 230이다. 층 B는 층 A 또는 층 C에 대해 대략 5 내지 40 gli의 접착력을 제공하도록 설계된 박리 층이다.
층 C 재료는 바람직하게는 PENg로 알려진 coPEN 중합체이다.
PENg30은 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 coPEN 폴리에스테르이다. 제조 방법 및 재료 조성(에스테르를 기준으로 100% NDC, 다이올 기준으로 70 몰%의 에틸렌 글리콜 및 30 몰%의 CHDM)은 실시예에 더 충분히 기재되어 있다. PENg40 및 PENg50은 또한 다이올 기준으로 40 몰% 및 50 몰% CHDM을 갖는 coPEN 폴리에스테르이며, 이들은 또한 실시예에 더 충분히 기재되어 있다. 층 C는, 예를 들어 높은 모듈러스, 높은 사용 온도, UV 차단 및 인성의 원하는 특성을 갖는 낮은 탁도의 비정질 등방성 필름의 박리가능한 얇은 층의 기능성을 제공하는 등방성 층이다.
선택적인 층 D 재료 또는 재료들은 가장 바람직하게는 폴리에스테르에 대해 뛰어난 접착력(300 gli 초과)을 나타내는 탄성 올레핀 또는 올레핀 블렌드이다. 이들 올레핀은 층 A, 층 B 및 층 C와 공압출 및 공배향할 수 있어야 한다. 예시적인 탄성 올레핀에는 크라톤 코포레이션으로부터 입수가능한 크라톤 G1645 및 크라톤 G1657이 포함된다. 또한, 이들 재료는 물리적 특성 및 접착 특성을 맞추고/맞추거나 정전기 피닝 성능을 향상시키기 위해 SR549M 또는 펠레스탯 230과 같은 낮은 수준의 다른 재료와 블렌딩될 수 있다. 층 D는 타이 층으로서 기능한다.
다른 실시 형태에서, 배향 층 대신에 캐리어 층을 사용할 수 있다. 캐리어 층은 압출되지만 배향되지 않을 수 있다. 캐리어 층의 예는 폴리에틸렌 필름이다. 그러한 캐리어 층을 사용하는 경우, 필름의 다른 층은 압출성일 필요도 없고 배향될 필요도 없으며, 필름은 예를 들어 블로운(blown) 필름 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
실시예
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 C1 내지 비교예 C3: 코폴리에스테르의 제조 및 특성화
하기 절차를 사용하여 일련의 폴리에스테르 공중합체를 생성하였다:
고온 오일 온도 제어 장치, 오버헤드 분리 컬럼 및 진공 펌프가 구비된 스테인리스 강 10-갤런 반응기에, 하기 성분들을 실온에서 첨가하였다:
다이메틸-2,6-나프탈렌 다이카르복실레이트(NDC) - 미국 앨라배마주 디케이터 소재의 인도라마 벤처스(Indorama Ventures)로부터 입수함
에틸렌 글리콜(EG) - 미국 텍사스주 더 우드랜즈 소재의 헌츠맨 페트로케미칼(Huntsman Petrochemical)로부터 입수함
사이클로헥산다이메탄올(CHDM) - 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼(Eastman Chemical)로부터 입수함
테트라부틸 티타네이트(TBT) - 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 도르프 케탈(Dorf Ketal)로부터 입수함
아세트산코발트(CoAc) - 미국 오하이오주 신시내티 소재의 셰퍼드 케미칼(Shepherd Chemical)로부터 입수함
아세트산아연(ZnAc) - 미국 뉴저지주 필립스버그 소재의 말린크로트 베이커(Mallinckrodt Baker)로부터 입수함
안티몬 트라이아세테이트(SbAc) - 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 아르케마(Arkema)로부터 입수함
각각의 실시예 및 비교예에 대해, 반응기에 충전된 각각의 성분의 양은 표 1에 나타나 있다.
반응기 내용물을 20 psig(140 ㎪)의 질소 하에서 125 rpm으로 혼합하면서 가열하였다. 약 2시간의 과정에 걸쳐, 에스테르 교환 반응이 495℉(258℃)에서 최고로 되는 온도에서 일어났다. 생성물 메탄올을 분리 컬럼을 통해 제거되게 하고 용기(receiver)에서 수집하였다. 이어서, 케틀(kettle) 내의 압력을 서서히 대기압으로 감소시켰다. 비교예 C1 및 비교예 C2의 경우, 미국 뉴저지주 크랜베리 소재의 로디아(Rhodia)로부터 입수한 트라이에틸포스포노아세테이트(TEPA)를 안정제로서 표 1에 나타낸 양으로 첨가하였다. 이들 실시예 및 비교예의 각각에 대해, 온도를 다시 증가시키고, 케틀에 진공을 가하고, 배치 점도가 허용되는 것만큼 진공을 증가시켰다. 과량의 에틸렌 글리콜을 제거되게 하였다. 약 545℉(285℃)의 온도 및 약 1 mmHg(0.1 ㎪) 만큼 낮은 진공에서 약 2시간 후에, 반응을 원하는 종점(페놀/o-클로로벤젠의 60/40 중량% 블렌드에서 측정할 때, 약 0.48 dL/g의 고유 점도, 즉 IV)까지 진행하였다. 이어서, 케틀을 배수시키고, 생성된 수지를 실온으로 냉각시키고, 이후에 추가 평가를 위해 작은 조각으로 분쇄하였다.
[표 1]
Figure pct00001
이어서, 각각의 예시적인 수지로부터의 일부분을 150℃ 오븐 내에 48시간 동안 놓아 저온 결정화를 유도하였다. 이어서, 저온 결정화된 재료를 시차 주사 열량 측정법, 즉 DSC(미국 델라웨어주 뉴 캐슬 소재의 티에이 인스트루먼츠(TA Instruments)로부터 구매가능한 Q2000)를 사용하여 시험하였다. 시험은 30 내지 290℃의 온도 범위에 걸치는 3-단계 가열-냉각-가열 온도 계획(regimen)을 포함하였다. 시험 시편을 제1 가열 후 3분 동안 290℃로 유지하였다. 온도 변화율(ramp rate)은 가열 및 냉각 둘 모두에 대해 20℃/min이었다. 제1 가열 스캔 및 제2 가열 스캔 둘 모두를 기록하고, 분석하였다. 표 2는 용융점 및 관련 용융 엔탈피(델타 H)에 대한 조사 결과(finding)를 얻었다. 추가적으로, 각각의 재료의 유리 전이 온도(Tg)가 또한 열거되어 있다.
[표 2]
Figure pct00002
표 2는 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3(각각 PENg30, PENg40 및 PENg50)이 용융점이 210℃ 이하이고 용융 엔탈피가 거의 없거나 전혀 없다(< 3 J/g)는 것을 보여준다. 이 표에서 6개의 모든 재료의 Tg는 115℃ 내지 120℃인 것으로 측정되었다.
실시예 4 내지 실시예 6 및 비교예 C4
A/B/C/B/A 층 구성의 일련의 3-성분 5-층 필름을 공압출, 연신 및 어닐링을 통해 생성하였다. 이들 5-층 필름은 도 3과 일치하는 층 구성을 사용하였다. 3개의 실시예 및 비교예 각각에 대해, A 층 수지는 사내에서 제조된 0.48 IV의 PEN 단일중합체였다. PEN의 공급량은 4.54 ㎏/hr이었다. 각각에 대해, B 층 수지는 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 리온델-바젤로부터 입수한 프로-팍스 SR549M, 즉 11 MFI(용융 흐름 지수) 정제된 폴리프로필렌 랜덤 공중합체와 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 크라톤 코포레이션으로부터 입수한 크라톤 1645, 즉 3 MFI 스티렌-에틸렌/부타디엔-스티렌(SEBS) 삼중블록 공중합체의 9:1 블렌드(중량 기준)였다. 이 블렌드의 공급량은 2.27 ㎏/hr이었다. 이들 실시예 및 비교예에서 C 층 수지를 달리하였다. 실시예 4는 실시예 1의 수지, PENg30을 C층 수지로서 사용하였다. 실시예 5 는 실시예 2의 수지, PENg40을 C층 수지로서 사용하였다. 실시예 6은 실시예 3의 수지, PENg50을 C층 수지로서 사용하였다. 비교예 C4는 비교예 C3의 수지, PENg60을 C층 수지로서 사용하였다. 각각에 대해, C 층 수지의 공급량은 4.54 ㎏/hr이었다.
실시예 4 내지 실시예 6 및 비교예 C4의 각각의 필름에 대해서, PEN 수지를 27 mm 이축 압출기(TSE)를 사용하여 기어 펌프(gear pump) 및 넥 튜브(neck tube)를 통해 5-층 공급 블록(feed block)의 외부 층으로 압출함으로써 외부 층 또는 A 층을 생성하였다. 이러한 용융물 트레인(melt train)은 약 285℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 압출 프로파일(profile)을 사용하였다. 상기에서 확인된 수지 둘 모두를 약 260℃에서 피크를 이루는 점진적인 온도 프로파일을 갖는 27 mm TSE로 공급하고, 이어서 기어 펌프 및 넥 튜브로 그리고 이를 통해, 5-층 공급 블록의 제2 층 및 제4 층으로 공급함으로써 중간 층 또는 B 층을 생성하였다. 상기에서 확인된 수지를 기어 펌프 및 넥 튜브에 의해 25 mm TSE를 통해 압출하고, 5-층 공급 블록의 제3 층 또는 중심 층으로 공급함으로써 코어 층 또는 C 층을 생성하였다. 다시 한번, 약 285℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 프로파일을 사용하였다. 공급 블록은 8 "(20.3 cm) 필름 다이를 공급하였고, 이들을 약 285℃의 온도에서 유지하였다. 용융 압출물을 약 50℃의 온도로 유지된 캐스팅 휠(casting wheel)에서 캐스팅하였다. 이 공정 동안 약 36 밀(0.91 mm) 두께의 캐스트 웨브(web)가 생성되었다.
이어서, 압출 공정 및 캐스팅 공정으로부터 생성된 캐스트 웨브를, 독일 직스도르프 소재의 브루크너 마쉬넨바우(Brueckner Maschinenbau)로부터 입수한 카로(KARO) IV 실험실 연신기를 사용하여 연신시키고 어닐링하였다. 필름의 연신은 약 140℃의 온도의 오븐에서 일어났다. 예열 지속기간은 약 45초였다. 필름을 원래 크기의 350% × 350%의 최종 치수로 동시에 이축으로 연신시켜, 약 3 밀(75 마이크로미터)의 최종 필름이 생성되게 하였다. 이어서, 이들 필름을 약 225℃로 유지된 어닐링 오븐으로 이송하고, 그 온도에서 15초 동안 유지하였다. 이어서, 연신되고 어닐링된 이들 필름을 굴절률, 탁도 및 투과율에 대해 평가하였다. 연신되지 않은 캐스트 웨브를 또한 굴절률에 대해 평가하였다. 그 결과가 표 3에 나타나 있다. 5-층 필름을 부드러운 박리에 의해 벗겨낸 후, 이들 시편 필름의 C 층(코어 층) 상에서 모든 측정을 행하였다. 각각의 캐스트 웨브의 C 층은 두께가 약 15 밀(0.38 mm)이었고, 연신된 C 층은 두께가 약 1.2 밀(30 마이크로미터)이었다.
이들 실시예의 시편의 굴절률을 기계 방향(machine direction, MD), 횡 방향(transverse direction, TD) 및 두께 방향(thickness directions, TM)으로 메트리콘 프리즘 커플러(Metricon Prism coupler)(미국 뉴저지주 페닝톤 소재의 메트리콘 코포레이션)를 사용하여 측정하였다. MD, TD 및 TM의 굴절률은 각각 Nx, Ny 및 Nz로 표시된다. 평균 평면내 굴절률은 주어진 샘플에 대한 Nx 및 Ny 굴절률 측정치의 평균을 나타낸다. 평면외 복굴절률은 평균 평면내 굴절률과 필름에 수직인 굴절률(Nz)의 차이를 나타낸다. %탁도는 미국 메릴랜드주 콜럼비아 소재의 비와이케이-가드너 유에스에이(BYK-Gardner USA)로부터의 헤이즈-가드(Haze-Gard) 기기를 사용하여 측정하였다. ASTM D-1003에 따라 탁도를 측정하였다. 표 3에서, "%T 370 nm"는 370 nm에서 등방성 캐스트 웨브의 %투과율을 지칭하며, 이는 시마츠 UV/Vis 분광계(Shimadzu UV/Vis spectrometer)(미국 메릴랜드주 콜럼비아 소재의 시마츠 사이언티픽 인스트루먼츠(Shimadzu Scientific Instruments))를 사용하여 측정하였다.
[표 3]
Figure pct00003
표 3은 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6 및 비교예 C4에 대한 캐스트 웨브 전부가 낮은 평면외 복굴절률(0.01 미만)을 나타냄을 보여준다. 그러나, 단지 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6이 연신 및 어닐링 후에 낮은 수준의 평면외 복굴절률(0.01 미만)을 유지한다. 모든 실시예는 낮은 %탁도를 나타내었다. 모든 실시예는 또한 370 nm에서 높은 수준의 UV 차단을 나타내며, 이때 %T 수준은 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6에 대해서 10% 미만이다.
실시예 7 내지 실시예 9
C/A/D/B/C 층 구성의 일련의 4-성분 5-층 필름을 공압출, 연신 및 어닐링을 통해 생성하였다. 이들 5-층 필름은 도 5와 일치하는 층 구성을 사용하였다. CADBC 필름 층 스택(stack)의 이들 실시예에 대한 재료 투입 정보(input)가 표 4에 나타나 있다.
[표 4]
Figure pct00004
저 용융 PEN은 에스테르 기준으로 90 몰% 나프탈레이트 모이어티 및 10 몰% 테레프탈레이트 모이어티를 포함하는 0.48 IV(g/dL) 코폴리에스테르를 지칭한다. 다이올 성분은 100% 에틸렌 글리콜이다. 저 용융 PEN을 사내에서 합성하였다.
펠레스탯 230은 일본 교토 소재의 산요 케미칼 인더스트리즈로부터 입수가능한 폴리에테르-폴리올레핀 정전기방지 블록 공중합체를 지칭한다.
실시예 7 내지 실시예 9의 각각의 필름에 대해서, PENg30(실시예 1에 기재된 바와 같음) 수지를 27 mm 이축 압출기(TSE)를 사용하여 기어 펌프 및 넥 튜브를 통해 5-층 공급 블록의 외부 층으로 압출함으로써 외부 층 또는 C 층을 생성하였다. 이러한 용융물 트레인은 약 270℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 압출 프로파일을 사용하였다. 상기에서 확인된 수지 둘 모두를 약 260℃에서 피크를 이루는 점진적인 온도 프로파일을 갖는 18 mm TSE로 공급하고, 이어서 기어 펌프 및 넥 튜브로 그리고 이를 통해, 5-층 공급 블록의 제4 층으로 공급함으로써 하나의 중간 층, 즉 B 층을 생성하였다. 상기에서 확인된 수지를 약 285℃에서 피크를 이루는 점진적인 온도 프로파일을 갖는 27 mm TSE로 공급하고, 이어서 기어 펌프 및 넥 튜브로 그리고 이를 통해, 5-층 공급 블록의 제2 층으로 공급함으로써 다른 중간 층, 즉 A 층을 생성하였다. 상기에서 확인된 수지를 기어 펌프 및 넥 튜브에 의해 25 mm TSE를 통해 압출하고, 5-층 공급 블록의 제3 층 또는 중심 층으로 공급함으로써 중심 층 또는 D 층을 생성하였다. 다시 한번, 약 260℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 프로파일을 사용하였다. 공급 블록은 8 "(20.3 cm) 필름 다이를 공급하였고, 이들을 약 285℃의 온도에서 유지하였다. 용융 압출물을 약 50℃의 온도로 유지된 캐스팅 휠에서 캐스팅하였다. 이 공정 동안 약 24 밀(0.61 mm) 두께의 캐스트 웨브(web)가 생성되었다.
이어서, 압출 공정 및 캐스팅 공정으로부터 생성된 캐스트 웨브를, 독일 직스도르프 소재의 브루크너 마쉬넨바우로부터 입수한 카로 IV 실험실 연신기를 사용하여 연신시키고 어닐링하였다. 필름의 연신은 약 140℃의 온도의 오븐에서 일어났다. 예열 지속기간은 약 30초였다. 필름을 원래 크기의 350% × 350%의 최종 치수로 동시에 이축으로 연신시켜, 약 2 밀(50 마이크로미터)의 최종 필름이 생성되게 하였다. 이어서, 이들 필름을 약 225℃로 유지된 어닐링 오븐으로 이송하고, 그 온도에서 15초 동안 유지하였다. 이어서, 연신되고 어닐링된 이들 필름을 굴절률, 탁도 및 박리력에 대해 평가하였다. 연신되지 않은 캐스트 웨브를 또한 굴절률에 대해 평가하였다. 결과가 표 5에 나타나 있다. 5-층 필름을 부드러운 박리에 의해 벗겨낸 후, 이들 시편 필름의 하부 C 층(B 층에 인접한 층) 상에서 굴절률 및 탁도 측정 모두를 행하였다. 각각의 캐스트 웨브의 하부 C 층은 두께가 약 5 밀(0.13 mm)이었고, 연신된 C 층은 두께가 약 0.4 밀(10 마이크로미터)이었다.
표준 90 도 박리 시험을 사용하는 아이매스(Imass) SP-2100(미국 매사추세츠주 마쉬필드 소재의 아이매스, 인크.)을 사용하여 필름의 박리력을 평가하였다. 3개의 모든 실시예에 대해, 박리 층(B) 및 등방성 층(C)은 10 g/in(3.9 g/cm) 미만의 박리력을 나타내는 반면, 타이 층(D) 및 배향 층(A)은 500 g/in(200 g/cm) 초과의 박리력을 나타낸다는 것에 주목하여야 한다. 이들 실시예에서의 박리된 등방성 층은 낮은 탁도 및 낮은 평면외 복굴절률을 나타낸다.
[표 5]
Figure pct00005
내용매성:
실시예 4에 기재된 필름은, 사이클로헥사논, n-부틸 아세테이트 및 프로필 글리콜 메틸 에테르 아세테이트에 대해서, 실온에서 5분 동안 이들 용매 각각에 노출될 때 뛰어난 내용매성을 나타낸다. 팽윤, 균열 또는 뒤틀림의 징후는 분명하지 않았다.
추가 실시예
공압출 블로운 필름 공정을 통해 일련의 다층 필름을 생성하였다. ACA(도 7) 및 ABCBA(도 3) 필름 층 스택의 실시예에 대한 재료 투입 정보가 표 6에 제공되어 있다.
[표 6]
Figure pct00006
다우(DOW)611A 폴리에틸렌 수지를 약 30:1의 길이 대 직경 비를 갖는 20 mm 단축 압출기 및 어댑터(adapter)를 통해 7-층 환형 스택 다이(태국 사뭇쁘라칸 소재의 랩테크 엔지니어링(Labtech Engineering)으로부터 상표명 "코엑스(COEX) 7-레이어"(타입 LF-400)로 입수함)의 층 1, 층 2, 층 3, 층 6 및 층 7로 압출함으로써 스킨 층(A)을 생성하였다. 이들 용융물 트레인은 약 210℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 압출 프로파일을 사용하였다. 상기에서 확인된 수지를 약 30:1의 길이 대 직경 비를 갖는 20 mm 단축 압출기 및 어댑터를 통해 7-층 환형 스택 다이의 제4 층 및 제5 층으로 압출함으로써 코어 층(C)을 생성하였다. 이들 용융물 트레인은 약 255℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 압출 프로파일을 사용하였다. 팬케이크 다이 및 맨드릴을 227℃의 목표 온도에서 유지하였다. 블로어 모터 출력을 대략 3000 rpm으로 유지하였다. 그 후에, 다이 위 약 10 피트에서 거품이 붕괴되어 감아 올렸다.
표 7에 열거된 바와 같이, 생성된 필름을 투과율, 탁도 및 굴절률에 대해 측정하였다. PENg30/40 샘플 목표 두께는 1.5 밀 필름을 그 목표로 하였다.
[표 7]
Figure pct00007
표 7에 나타낸 바와 같이, 샘플 탁도는 1%의 목표를 초과한다. 이는 소규모 라인에 대한 냉각 능력에 기인한다. 표 7에 또한 나타낸 바와 같이, 이들 샘플에 대한 복굴절률은 0.005의 목표 미만이다. 이는 이들 필름이 등방성인 것으로 간주됨을 입증한다.
또한, 브램턴 엔지니어링(Brampton Engineering)에 의해 제공된 9-층 환형 스택 다이블로운 필름 라인을 사용하여 샘플을 생성하였다. 샘플 구성은 표 8에 상술되어 있다.
[표 8]
Figure pct00008
다우611A 폴리에틸렌 수지를 어댑터를 통해 2.5 인치 단축 압출기를 통해 9-층 팬케이크 블로운 필름 다이의 층 1, 층 2, 층 3, 층 4, 층 6, 층 7, 층 8 및 층 9로 압출함으로써 외부 층(A)을 생성하였다. 이들 용융물 트레인은 약 200℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 압출 프로파일을 사용하였다. 상기에서 확인된 수지를 어댑터 및 덤프(dump) 밸브에 의해 2 인치 단축 압출기를 통해 9-층 팬케이크 블로운 필름 다이의 제5 층으로 압출함으로써 코어 층(C)을 생성하였다. 이러한 용융물 트레인은 약 255℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 압출 프로파일을 사용하였다. 팬케이크 다이 및 맨드릴을 220℃의 목표 온도에서 유지하였다.
이들 샘플에 대한 투과율, 탁도 및 굴절률이 표 9에 열거되어 있다. 이들 샘플은 두께가 0.25 밀 내지 2 밀의 범위이다. 샘플 17-0825-3을 제외하고는, 모든 필름 샘플을 PENg30으로부터 제조하였다. 이러한 샘플은 PENg40으로부터 제조하였다. 이는 굴절률의 차이를 설명한다.
[표 9]
Figure pct00009
표 8에 나타난 대부분의 경우, 탁도는 1% 미만이고 투과율은 90% 초과이며, 이는 광학적으로 투명한 필름에 대한 목표치이다. 필름의 굴절률은 굴절률이 측정되는 각도에 따라 변화한다. 이는 성형 비에 기인한다. 성형 비가 1에 가까워짐에 따라, 필름은 더 균형 잡힌 배향을 나타낸다.
도 9 및 도 10에 각각 도시된 구성 ACDCA 및 ADA를 입증하는 필름을 제조하였다. 샘플 구성은 표 10에 상술되어 있다.
[표 10]
Figure pct00010
다우(DOW)611A 폴리에틸렌 수지를 약 30:1의 길이 대 직경 비를 갖는 20 mm 단축 압출기 및 어댑터를 통해 7-층 환형 스택 다이(태국 사뭇쁘라칸 소재의 랩테크 엔지니어링(Labtech Engineering)으로부터 상표명 "코엑스(COEX) 7-레이어"(타입 LF-400)로 입수함)의 층 1, 층 2, 층 6 및 층 7로 압출함으로써 스킨 층(A)을 생성하였다. 이들 용융물 트레인은 약 210℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 압출 프로파일을 사용하였다. 상기에서 확인된 수지를 약 30:1의 길이 대 직경 비를 갖는 20 mm 단축 압출기 및 어댑터를 통해 7-층 환형 스택 다이의 제3 층, 제4 층 및 제5 층으로 압출함으로써 코어 층(C)을 생성하였다. 이들 용융물 트레인은 약 265℃의 피크 온도를 갖는 점진적인 온도 압출 프로파일을 사용하였다. 환형 스택 다이 및 맨드릴을 265℃의 목표 온도에서 유지하였다. 블로어 모터 출력을 대략 1800 rpm으로 유지하였다.
이들 필름으로부터의 지연 및 복굴절 수치는 표 11에 열거되어 있다.
[표 11]
Figure pct00011

Claims (23)

  1. 배향 층;
    박리 층; 및
    등방성 층
    을 순서대로 포함하며,
    배향 층, 박리 층 및 등방성 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  2. 제1항에 있어서, 배향 층과 박리 층 사이에 타이(tie) 층을 추가로 포함하는, 다층 필름.
  3. 제1 배향 층;
    제1 박리 층;
    등방성 층;
    제2 박리 층; 및
    제2 배향 층
    을 순서대로 포함하며,
    제1 및 제2 배향 층, 제1 및 제2 박리 층, 및 등방성 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  4. 제1 등방성 층;
    제1 박리 층;
    배향 층;
    제2 박리 층; 및
    제2 등방성 층
    을 순서대로 포함하며,
    제1 및 제2 등방성 층, 제1 및 제2 박리 층, 및 배향 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  5. 제1 등방성 층;
    배향 층;
    타이 층;
    박리 층; 및
    제2 등방성 층
    을 순서대로 포함하며,
    제1 및 제2 등방성 층, 타이 층, 및 박리 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  6. 제1 등방성 층;
    제1 박리 층;
    제1 타이 층;
    배향 층;
    제2 타이 층;
    제2 박리 층; 및
    제2 등방성 층
    을 순서대로 포함하며,
    제1 및 제2 등방성 층, 제1 및 제2 박리 층, 제1 및 제2 타이 층, 및 배향 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  7. 제1 배향 층;
    등방성 층; 및
    제2 배향 층
    을 순서대로 포함하며,
    제1 및 제2 배향 층, 및 등방성 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  8. 제1 등방성 층;
    배향 층; 및
    제2 등방성 층
    을 순서대로 포함하며,
    배향 층, 및 제1 및 제2 등방성 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  9. 제1 배향 층;
    제1 등방성 층;
    타이 층;
    제2 등방성 층; 및
    제2 배향 층
    을 순서대로 포함하며,
    제1 및 제2 배향 층, 제1 및 제2 등방성 층, 및 타이 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  10. 제1 배향 층;
    타이 층; 및
    제2 배향 층
    을 순서대로 포함하며,
    제1 및 제2 배향 층, 및 타이 층은 모두 압출성 재료를 포함하고 배향되는, 다층 필름.
  11. 캐리어 층;
    박리 층; 및
    등방성 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  12. 제11항에 있어서, 캐리어 층과 박리 층 사이에 타이 층을 추가로 포함하는, 다층 필름.
  13. 제1 캐리어 층;
    제1 박리 층;
    등방성 층;
    제2 박리 층; 및
    제2 캐리어 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  14. 제1 등방성 층;
    제1 박리 층;
    캐리어 층;
    제2 박리 층; 및
    제2 등방성 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  15. 제1 등방성 층;
    캐리어 층;
    타이 층;
    박리 층; 및
    제2 등방성 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  16. 제1 등방성 층;
    제1 박리 층;
    제1 타이 층;
    캐리어 층;
    제2 타이 층;
    제2 박리 층; 및
    제2 등방성 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  17. 제1 캐리어 층;
    등방성 층; 및
    제2 캐리어 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  18. 제1 등방성 층;
    캐리어 층; 및
    제2 등방성 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  19. 제1 캐리어 층;
    제1 등방성 층;
    타이 층;
    제2 등방성 층; 및
    제2 캐리어 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  20. 제1 캐리어 층;
    타이 층; 및
    제2 캐리어 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  21. 캐리어 층; 및
    복수의 등방성 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  22. 제1 캐리어 층;
    3개 이상의 등방성 층의 묶음(packet); 및
    제2 캐리어 층
    을 순서대로 포함하는, 다층 필름.
  23. 제22항에 있어서, 등방성 층과 제1 또는 제2 캐리어 층 사이에 박리 층을 추가로 포함하는, 다층 필름.
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