KR20230139670A - 수분 배리어성 폴리에스테르 필름 및 이를 포함하는 수분 배리어성 증착필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 기재 및 폴리에스테르 기재의 적어도 일면에 산성(Acid) 기를 갖는 Co-PET계 바인더 및 멜라민계 경화제를 포함하는 코팅 조성물을 도포하여 배치되는 프라이머층을 포함하는 것으로, 프라이머층에 의해 폴리에스테르 기재와 증착층 간에 우수한 접착력을 부여함으로써 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 이용한 증착 필름이 우수한 수분 배리어 성능을 가진다.
Description
본 발명은 수분 배리어성 폴리에스테르 필름 및 이를 포함하는 수분 배리어성 증착필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로 진공 증착법을 통한 수분 배리어 알루미늄이 증착된 수분 배리어성 증착필름을 제조 시 낮은 투습도를 가질 수 있는 수분 배리어성 폴리에스테르 필름 및 이를 포함하는 수분 배리어성 증착필름에 관한 것이다.
종래, 식품포장용 필름은 단지 내용물을 보관하는 용도로만 사용되었지만, 현재는 다양한 형태의 식품이 개발 및 판매되면서 식품포장용 필름에 다양한 기능성이 요구되고 있고, 또한 매우 다양한 종류의 레토르트 식품이나 기타 다양한 식품들이 출시되면서 식품포장용 필름에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히, 식품포장용 필름의 배리어성은 식품의 보존성을 유지하는 중요한 기능이며, 내용물 형태와 유통과정 등에 큰 영향을 미쳐 그 필요성은 더욱 커지고 있다. 구체적으로, 식품의 보존성을 저해하는 요인으로서는 산소, 열 또는 수분 등을 들 수 있으며, 내용물이 건조된 식품일 경우 수분에 의해 식품의 보존성이 가장 크게 저해된다. 이러한 이유로 수분 차단성 재료는 수분을 효과적으로 차단함과 동시에 가스 충전이나 진공 포장 시 식품의 변질을 제어하는 수단으로서 없어서는 안되는 재료이다, 또한 수분 차단성 재료는 수분에 대한 배리어 기능뿐만 아니라 산소 및 기타 가스, 유기용제 증기, 향 등에 대한 배리어 기능도 가지므로 식품 분야에서 과자 봉지, 레토르트 파우치, 탄산가스 음료 용기 등에 사용되며 그 외에도 화장품, 농약, 의료 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
이러한 식품포장용 재료로는 우수한 기계적 성질, 내열성 및 투명성을 갖고 가격이 낮은 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드 등의 열가소성 필름이 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 이러한 필름은 단독으로 식품포장용으로 사용하기에는 차단성이 부족하기 때문에 내용물이 산화 또는 열화되거나 내용물의 변질을 야기하게 되며, 특히 건조 식품의 경우 내용물이 수분 침투에 의해 축축해지거나 눅눅해져서 특유의 풍미를 잃어버리는 등의 여러가지 문제점을 발생시키게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 통상 수분 배리어성이 우수한 막이나 코팅을 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드 필름 등과 함께 적층하는 등의 방법이 사용되고 있다. 예컨대, 막이나 코팅의 적층 방법으로는 적층 소재에 따라서 용액 코팅법, 드라이 라미네이션, 압출 라미네이션 등의 방법을 사용하며, 수분 차단 성능을 향상시키기 위해 위 필름에 알루미늄 호일을 합지시키거나 금속막을 증착시키는 방법이 사용되기도 한다. 예컨대, 한국 공개특허공보 제10-2004-0095266호 등에 위 증착 방법이 기재되어 있다.
한편, 금속막을 증착하는 방법에는 여러가지 방법이 사용되고 있는데, 증착은 크게 물리적인 힘을 통해 대상물질 기재에 금속막을 증착시키는 PVD 방식과 반응 기체의 화학적 반응을 통해 기판에 금속막을 증착시키는 CVD 방식이 사용되고 있으며, 그 중 PVD 방식에 해당하는 진공증착 방법은 높은 공정 속도로 가격적인 면에서 가장 큰 이점을 가지고 있기 때문에 식품포장용 수분 배리어성 증착필름 제작 시 가장 널리 사용되고 있다.
이러한 금속 막의 증착 시에는 기재 필름과 금속 막간의 밀착력이 매우 중요하며, 밀착력이 낮아 필름과 금속 막 사이에 틈이 발생할 경우 수분 및 산소가 통과하는 길을 만들어 주어 차단 성능이 저하된다. 따라서, 이러한 금속 막을 증착하는 기재 필름은 금속 막과의 우수한 밀착력을 확보하기 위해 기재 필름 위에 프라이머 코팅을 하여 금속 막과의 밀착력을 높여준다. 이러한 프라이머 코팅에서는 바인더 종류 및 경화제 함량 그리고 첨가제 유무 등에 따라서 증착 필름의 투습 성능에 직접적인 영향을 미치며, 기재 필름 및 금속 막과의 밀착력 코팅 조성물 자체 특성 등을 고려하여 선정해야 수분 배리어성 증착필름에서 최적의 배리어 성능을 구현할 수 있다. 그러나, 종래의 프라이머 코팅은 무기 증착층과의 결합력이 충분하지 못하여 투습성이 떨어지는 문제를 가진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 종래의 요구사항에 부응하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수분 배리어성 폴리에스테르 필름에서 무기 증착층과의 결합력 향상을 위한 프라이머층을 제안함으로써 무기물의 진공증착 이후 낮은 투습성을 가지는 수분 배리어성 폴리에스테르 필름 및 이를 포함하는 수분 배리어성 증착필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 폴리에스테르 기재 및 기재의 적어도 일면에 산성(Acid) 기를 갖는 Co-PET계 바인더 및 멜라민계 경화제를 포함하는 코팅 조성물을 도포하여 배치되는 프라이머층을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하되,
(수학식 1)
0.9 < A/B < 1.3
여기서, A는 325nm 반사율이고, B는 450nm 반사율인 수분 배리어성 폴리에스테르 필름에 의해 달성된다.
바람직하게는, Co-PET계 바인더의 산가는 30 내지 80 mgKOH/g인 것일 수 있다.
바람직하게는, Co-PET계 바인더의 수평균 분자량은 1,000 내지 5,000인 것일 수 있다.
바람직하게는, 멜라민계 경화제는 화학식의 반복단위 내에 3개 이상의 메톡시기를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 코팅 조성물은 고형분 기준 Co-PET계 바인더 100 중량부에 대해 상기 멜라민계 경화제 2 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 프라이머층의 두께는 5 내지 50nm인 것일 수 있다.
또한, 상기 목적은, 상술한 수분 배리어성 폴리에스테르 필름 및 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 프라이머층 상에 알루미늄 또는 산화 알루미늄이 층착되어 형성된 증착층을 포함하는 수분 배리어성 증착필름에 의해 달성된다.
바람직하게는, 증착층이 알루미늄 증착층일 경우, 수분 배리어성 증착필름은 수분투과도(WVTR)가 0.05 내지 0.2 g/m2·day인 것일 수 있다.
바람직하게는, 증착층이 산화 알루미늄 증착층일 경우, 수분 배리어성 증착필름은 수분투과도(WVTR)가 0.3 내지 1.0 g/m2·day인 것일 수 있다.
바람직하게는, 증착층이 알루미늄 증착층일 경우, 증착층의 두께는 20 내지 100nm인 것일 수 있다.
바람직하게는, 증착층이 산화 알루미늄 증착층일 경우, 증착층의 두께는 3 내지 20nm인 것일 수 있다.
바람직하게는, 증착층은 진공 증착법으로 증착된 것일 수 있다.
바람직하게는, 증착층 상에 형성된 보호코팅층을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름 및 이를 포함하는 수분 배리어성 증착필름에 따르면, 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 프라이머층의 코팅 조성물로 인해 폴리에스테르 기재와 증착층의 접착력이 우수하여, 증착 필름이 우수한 수분 배리어 성능을 가진다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 증착필름의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 증착필름의 구성도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르 기재(10) 및 폴리에스테르 기재(10)의 일면에 배치된 프라이머층(20)을 포함한다.
본 발명의 구성 중 폴리에스테르 기재(10)는 폴리에스테르 수지 단층으로 구성될 수도 있지만, 필름의 부가적인 기능성 부여 및 원가 절감을 위해 둘 이상의 층으로 다층화 할 수 있으며, 또한 유기 혹은 무기 입자를 포함한 마스터배치나 폴리에스테르와 상용성을 가지는 다른 수지 혹은 폴리에스테르 재생칩을 혼합하여 구성될 수도 있다.
이러한 폴리에스테르 수지는 디카르복실산과 글리콜을 중합하여 형성된 것일 수 있다. 여기서, 디카르복실산은 테레프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 이소프탈산, 디페닐 카르복실산, 디페닐 술폰 디카르복실산, 디페녹시에탄디카본산, 5-나트륨술폰 디카르복실산, 프탈산 등의 방향족 디카르복실산이나, 수산, 숙신산, 아디핀산, 세바신산, 다이마산, 말레인산, 푸말산 등의 지방족 디카르복실산 및 사이클로 헥산 디카르복시산등의 지환족 디카르복실산, 파라옥시 안식향산 등의 옥시카르본산 등을 포함할 수 있고, 글리콜은 에틸렌글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 네오펜틴글리콜 등의 지방족 글리콜이나, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리 옥시 알킬렌 글리콜, 사이클로 헥산 디메탄올 등의 지환족 글리콜, 비스페놀 A, 비스페놀 S 등의 방향족 글리콜 등을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 폴리에스테르 기재(10)는 디카르복실산으로 테레프탈산 또는 나프탈렌디카르복실산을 사용하고, 글리콜로서 에틸렌글리콜을 중합하여 형성된 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 조합을 통해 형성된 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있다.
또한, 폴리에스테르 기재(10)가 입자가 포함되지 않은 무입자 타입인 경우 증착 후 증착기의 롤(roll)과의 마찰로 스크래치 등이 발생하여 투습도를 감소시킬 수 있으므로 일정 수준의 조도가 요구된다. 따라서 폴리에스테르 기재(10)에 무기 입자 또는 유기 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 대표적으로는 실리카, 탄산칼슘, 이산화티탄, 황산바륨 등의 무기입자와 PS, PMMA 등의 유기입자도 사용 가능하지만 내열성 문제로 통상은 무기입자를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 폴리에스테르 기재(10)는 무연신 상태의 필름을 사용할 수 있으나, 통상 일축 또는 이축 연신된 필름이 기계적 강도 및 두께 균일성이 우수하고, 배리어 특성에도 유리하여 바람직하다. 이때, 연신 방법으로는 통상의 이축연신 필름을 제조하는 방법인 롤 연신을 이용한 1축 연신, 텐터연신법을 이용한 1축 연신을 병행하는 축차 이축 연신 방법을 이용하는 것이 바람직하며, 동시이축연신, 압연연신, 벨트연신, 튜브연신 등 어떠한 조합을 이용하여 제조하여도 무방하다.
또한, 폴리에스테르 기재(10)의 두께는 5 내지 50㎛인 것이 바람직하다. 기재(10)의 두께가 5㎛ 미만일 경우 기계적 강도가 약해 가공성이 떨어지고 외부충격에 의해 쉽게 찢어지는 등 취성 문제가 있으며, 50㎛를 초과할 경우 너무 두꺼워 배리어 포장용도로 가공성이 현저히 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 구성 중 프라이머층(20)은 폴리에스테르 기재(10)의 적어도 일면에 코팅조성물을 도포하여 형성된다. 또한 프라이머층(20)을 형성하는 코팅조성물은 바인더 및 경화제를 포함하고, 부가적인 기능을 위한 첨가제를 포함할 수 있다.
이때, 바인더는 Co-PET계 바인더인 것이 바람직하고, 산가는 30 내지 80 KOH/mg인 것이 바람직하다. Co-PET계 바인더의 산가가 30 KOH/mg 미만일 경우 증착층과 화학적으로 결합할 수 있는 기능기가 부족하여 증착 이후 낮은 투습도를 확보하기가 어려우며, 80 KOH/mg 초과인 경우에는 수지 자체의 점도가 높아져서 가공성 부족 및 코팅 시 외관 문제를 야기하기 때문에, Co-PET계 바인더의 산가는 상기 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, Co-PET계 바인더의 수평균 분자량은 1,000 내지 5,000인 것이 바람직하다. 이때, Co-PET계 바인더의 수평균 분자량이 1,000 미만일 경우 불충분한 경화로 인한 코팅층 도막의 강도 저하도 증착층과의 우수한 접착력을 유지할 수 없으며, 5,000 초과일 경우 수지 자체의 점도가 높아져서 핸들링이 어려우며, 또한 반응성이 떨어져서 단시간의 공정에서 충분한 경화 반응을 하지 못하기 때문에 위 범위로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 경화제는 멜라민계 경화제가 바람직하며, 멜라민계 경화제는 화학식의 반복단위 내에 3개 이상의 메톡시기를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 멜라민계 경화제의 화학식 반복단위 내에 3개 미만의 메톡시기를 포함할 경우 충분한 네트워크 구조를 형성하지 못하여 완전 경화 이후에도 낮은 투습도를 확보하기 어렵기 때문에 위 범위로 하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 프라이머층(20)을 형성하는 코팅 조성물은 고형분 기준 Co-PET계 바인더 100 중량부에 대해 멜라민계 경화제 2 내지 10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 멜라민계 경화제가 2 중량부 미만일 경우 불충분한 경화 인한 코팅층 도막의 강도 저하로 증착층과의 우수한 접착력을 유지할 수 없으며, 10 중량부 초과일 경우 불필요하게 바인더의 산가를 저하시켜 증착층과의 우수한 접착력을 확보할 수 없기 때문에 위 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, 프라이머층(20)을 형성하는 코팅 조성물은 Co-PET계 바인더 및 멜라민계 경화제 이외에 계면 활성제, 경화 촉진제, pH 조절제, 유/무기 입자, 대전 방지제, 커플링 에이전트 등의 가공성, 기능성 향상을 위한 부가적인 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름은 하기 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
(수학식 1)
0.9 < A/B < 1.3
여기서, A는 325nm 반사율이고, B는 450nm 반사율이다.
수학식 1은 프라이머층(20)을 포함하는 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 UV-VIS 그래프가 프라이머층(20)의 조성 및 두께에 기인하여 각기 다른 패턴을 보이며, UV-vis 측정 구간(300~600nm) 내에서 제시된 A(325nm) 및 B(450nm) 구간과 나머지 영역에서의 겹침 구간이 거의 없으며, 또한 기재(10) 자체의 투과도에 따라서 반사율의 절대 값이 결정되는 점에 착안하여 수학식 1을 만족하기 위한 특정 코팅 조성물, 프라이머층의 두께, 기재의 투과도(반사율) 등을 한정할 수 있다. 이에 따라 프라이머층(20)을 포함하는 수분 배리어성 폴리에스테르 필름은 수학식 1이 0.9 내지 1.3을 만족하는 것이 바람직하며, 1.0 내지 1.2를 만족하는 것이 더욱 바람직하다. 이때, 수학식 1의 값이 0.9 이하이거나 1.3 이상일 경우, 즉 바인더 종류에 따라 산가가 충분히 확보되지 못하여 금속과의 화학적 결합 사이트(site)가 부족하게 되며 경화 후 유리전이온도가 너무 높거나 낮을 경우 블로킹 및 추가 적층되는 금속층의 침투가 원활하지 못하여 기재(10)와 증착층(30)이 충분한 밀착력을 가지지 못하고, 증착 이후 공정에서의 스크래치 발생 등으로 수분투과도가 증가하게 된다.
일 실시예에서, 프라이머층(20)의 두께는 5 내지 50nm인 것이 바람직하다. 이때, 프라이머층(20)의 두께가 5nm 미만인 경우 프라이머로서 기능할 수 없어 표면에 증착되는 증착층(도 2의 30)과 기재(10)의 접착력(밀착력)이 떨어지며, 50㎚ 초과인 경우 기재(10)에서 확보된 표면조도를 평탄화시킴으로써 이후 공정에서 스크래치 발생 등으로 인해 수분투과도가 증가하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 증착필름의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 증착필름은 폴리에스테르 기재(10), 프라이머층(20) 및 증착층(30)을 포함한다. 여기서 폴리에스테르 기재(10) 및 프라이머층(20)은 상술한 도 1에 대한 설명과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수분 배리어성 증착필름은 폴리에스테르 기재(10) 및 프라이머층(20)으로 구성된 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 프라이머층(20) 상에 알루미늄 또는 산화 알루미늄이 층착되어 형성된 증착층(30)을 포함한다. 또한, 증착층(30) 상에 증착층(30)을 보호하기 위한 보호코팅(40)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 증착층(30)은 프라이머층(20) 상에 무기 금속이 증착되어 형성된 것으로, 알루미늄 또는 산화 알루미늄을 증착하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한 증착층은 진공 증착법으로 증착된 것이 바람직하다.
이때, 증착층(30)이 알루미늄 증착층일 경우, 수분 배리어성 증착필름의 수분투과도(WVTR)는 0.05 내지 0.2 g/m2·day인 것이 바람직하다. 그리고 증착층(30)이 산화 알루미늄 증착층일 경우, 수분 배리어성 증착필름의 수분투과도(WVTR)는 0.3 내지 1.0 g/m2·day인 것이 바람직하다.
또한, 증착층(30)이 알루미늄 증착층일 경우, 알루미늄 증착층(30)의 두께는 20 내지 100nm인 것이 바람직하다. 이때, 알루미늄 증착층(30)의 두께가 20nm 미만인 경우 다수의 핀홀에 의해 수분투과도가 증가하는 문제가 발생하고, 100nm 초과인 경우 취성(brittle)이 증가하여 접히거나 구겨질 시 수분투과도가 급격하게 증가되는 문제가 발생한다.
또한, 증착층(30)이 산화 알루미늄 증착층일 경우, 산화 알루미늄 증착층(30)의 두께는 3 내지 20nm인 것이 바람직하다. 특히 산화 알루미늄의 경우 알루미늄 보다 결정 크기가 작아 비교적 낮은 두께에서도 수분 차단 효과를 가질 수 있다. 이때, 산화 알루미늄 증착층(30)의 두께가 3nm 미만인 경우 핀홀에 의해 수분투과도가 증가하는 문제가 발생하고, 20nm 초과인 경우 광투과도가 낮아져 투명성이 저하된다. 특히, 본 발명의 수분 배리어성 필름을 투명 식품포장용으로 적용할 경우 투과도 감소로 투명성이 떨어져 사용에 문제가 발생한다.
한편, 보호코팅층(40)은 증착층(30) 상에 코팅되어 증착층(30)을 보호한다. 이때 보호코팅층(40)은 아크릴계, 에폭시계, 폴리우레탄계 및 실리콘계 수지 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이외에 증착층(30)의 수분투과도에 영향을 주지 않는 다양한 열경화성 수지 조성물을 포함할 수 있다.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1: 폴리에스테르 수지 제조
(제조예 1-1)
디카르복실산 성분으로 디메틸테레프탈레이트 100몰%와 디올 성분으로 에틸렌글리콜 100몰%를 교반기와 증류탑이 부착된 오토클레이브에 투입한 다음, 에스테르 교환반응 촉매로서 아세트산망간을 디메틸테레프탈레이트 대비 0.07중량% 투입하였다. 이후 2㎏/㎠로 가압하고 부생성물인 메탄올을 제거하면서 250℃까지 승온하면서 반응을 진행시켰다. 에스테르화 반응이 종료된 후 진공설비가 부착된 제2반응기로 이송 후 열안정제로 트리메틸포스페이트를 디메틸테레프탈레이트 대비 0.02중량% 투입하고 10분 후 중합촉매로 삼산화 안티몬을 디메틸테레프탈레이트 대비 0.04중량% 투입하였다. 이후 285℃로 서서히 승온하면서, 50분에 걸쳐 서서히 1 torr이하로 감압하여 진공 라인을 통해 여분의 디올 성분을 제거하면서, 240분 동안 중합하여 고유점도 0.65 dl/g인 폴리에스테르 수지를 얻었다.
(제조예 1-2)
제조예 1-1에 있어서 중합 시 평균입경 2.0㎛의 무정형 실리카 입자를 폴리에스테르 수지 전체 중량 중 1중량% 첨가한 것을 제외하고는 상기 제조예 1-1과 동일하게 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
제조예 2: 코팅 조성물 제조
(제조예 2-1)
Co-PET계 수지(고형분 25중량%, 수평균 분자량 3,000 / Acid value 55 mgKOH/g인 개질 폴리에스테르) 100g 및 멜라민계 경화제(고형분 40중량%, 반복단위 내 methoxy기 3개) 3g 및 물 877g을 혼합하고, 음이온계 계면활성제 수분산액(고형분 10중량%) 10g, 콜로이드성 실리카 입자 수분산액 (고형분 4중량%, 150nm의 실리카 입자) 10g을 첨가하여 분산시킨 후 코팅 조성물을 제조하였다.
(제조예 2-2)
Acid value가 0.5 mgKOH/g인 Co-PET계 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 2-1과 동일하게 코팅 조성물을 제조하였다.
(
제조예
2-3)
수평균 분자량이 10,000인 Co-PET계 수지를 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 2-1과 동일하게 코팅 조성물을 제조하였다.
(제조예 2-4)
멜라민계 경화제 함량을 1.5g 첨가한 것을 제외하고는 상기 제조예 2-1과 동일하게 코팅 조성물을 제조하였다
(제조예 2-5)
멜라민계 경화제 함량을 5g 첨가한 것을 제외하고는 상기 제조예 2-1과 동일하게 코팅 조성물을 제조하였다
(제조예 2-6)
멜라민계 경화제 함량을 1g 첨가한 것을 제외하고는 상기 제조예 2-1과 동일하게 코팅 조성물을 제조하였다
(제조예 2-7)
멜라민계 경화제 함량을 8g 첨가한 것을 제외하고는 상기 제조예 2-1과 동일하게 코팅 조성물을 제조하였다.
(제조예 2-8)
바인더를 Co-PET계 수지 대신 아크릴계 수지(고형분 25중량%, 수평균 분자량 4,000 / Acid value 50 mgKOH/g)를 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 2-1과 동일하게 코팅 조성물을 제조하였다.
[실시예 1]
제조예 1-1에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 제조예 1-2에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 입자 칩을 80:20 중량 비율로 혼합하여 사용하며 건조 후 280℃에서 용융 압출하여, T-다이로부터 캐스팅법에 의해 급냉하여 200㎛의 미연신 시트를 수득하였다. 그 후, 120℃의 온도로 종방향으로 3.5배 연신한 다음, #3 메이어바를 이용하여 제조예 2-1에서 제조된 코팅 조성물을 도포한 후 120℃의 온도로 횡방향으로 3.5배 연신한 후, 250℃의 온도로 10초간 열처리하여 25nm의 프라이머층 두께를 갖는 전체 15㎛ 두께의 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[실시예 2]
코팅 시 #2 메이어바를 사용하여 15nm 두께의 프라이머층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[실시예 3]
코팅층 조성물에 제조예 2-4에 따라 제조된 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[실시예 4]
코팅층 조성물에 제조예 2-5에 따라 제조된 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[비교예 1]
코팅층 조성물에 제조예 2-2에 따라 제조된 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[비교예 2]
코팅층 조성물에 제조예 2-3에 따라 제조된 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[비교예 3]
코팅층 조성물에 제조예 2-6에 따라 제조된 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[비교예 4]
코팅층 조성물에 제조예 2-7에 따라 제조된 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[비교예 5]
코팅층 조성물에 제조예 2-8에 따라 제조된 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[비교예 6]
코팅 시 #5 메이어바를 사용하여 60nm 두께의 프라이머층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[비교예 7]
기재필름의 용융압출 시 제조예 1-1에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 단독으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 통해 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 7에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 기재 및 프라이머층의 조성을 하기 표 1에 기재하였다. 참고로, 표 1의 경화제 함량은 바인더 100 중량부 기준으로 한 경화제의 중량부를 나타낸다.
| 항목 | 기재층 | 코팅층 | ||||||
| 조성 | 입자 크기 (㎛) |
입자 함량 (중량%) |
바인더 종류 | 바인더 분자량 | 바인더 산가 (mgKOH/g) |
경화제 함량 (중량부) |
코팅 메이어바 (Number) |
|
| 실시예1 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 3,000 | 55 | 4.8 | 3 |
| 실시예2 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 3,000 | 55 | 4.8 | 2 |
| 실시예3 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 3,000 | 55 | 2.4 | 3 |
| 실시예4 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 3,000 | 55 | 8.0 | 3 |
| 비교예1 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 3,000 | 0.5 | 4.8 | 3 |
| 비교예2 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 10,000 | 55 | 4.8 | 3 |
| 비교예3 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 3,000 | 55 | 1.6 | 3 |
| 비교예4 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 3,000 | 55 | 12.8 | 3 |
| 비교예5 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | 아크릴 | 4,000 | 50 | 4.8 | 3 |
| 비교예6 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
2.0 | 0.20 | Co-PET | 3,000 | 55 | 4.8 | 5 |
| 비교예7 | 폴리에스터 입자 CHIP 20중량% |
- | - | Co-PET | 3,000 | 55 | 4.8 | 3 |
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 7에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 사용하여 다음과 같은 실험예를 통해 물성을 측정하고 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
[실험예]
1. 투과도 측정
COH-300A(헤이즈미터)를 이용하여 ASTM D1003에 준하여 측정하였다. 전투과도 및 Haze 측정은 실시예 및 비교예에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름을 각각 5장씩 측정한 후, 최대값 및 최소값을 제외한 평균 값을 전투과도 및 헤이즈로 산출하였다.
2. UV-Vis 반사율 측정
UV visible spectrophotometer(UV-3600, 시마츠)를 이용하여 5° 각도 반사율을 파장 300~600nm까지 측정한 후 각각 325nm 및 450nm의 반사율 수치를 산출하였다.
3. 코팅 외관 평가
형광등 반사광 하에서 TSM-50(광학현미경)을 이용하여 210mmⅩ297mm 사이즈의 필름 샘플에서 코팅 결점을 확인하고 체크한 후 광학현미경으로 넓이 4.0mm2 이상의 코팅 불량 부분을 카운팅한 후 코팅 불량 부분의 개수에 따라 하기 기준으로 평가하였다.
○: 0~1개 코팅 불량 부분
△: 2~5개 코팅 불량 부분
X: 5개 초과 코팅 불량 부분
4. 수분투과도(WVTR) 측정
실시예 및 비교예의 프라이머층 표면에 진공 증착법을 통해 알루미늄을 70nm 두께로 하고 산화 알루미늄을 10nm 두께로 증착하여 수분 배리어성 증착필름을 제조한 후, 수증기 투과율 측정기(ESPEC corporation, PERMATRAN-W® 3/33 MG +)를 이용하여 증착면을 수분 공급부 반대면으로 위치시킨 후 알루미늄 증착층과 산화 알루미늄 증착층 각각에 대해 수분투과도를 측정하였다. 측정 중 셀 내부 조건은 38℃, 상대습도 100% 하에서 측정 진행하였으며, 수분투과도 그래프가 3 point 평행을 이룬 시점에서 측정을 종료하였다.
| 물성 | 필름 원반 물성 | 증착 필름 물성 | ||||||
| 투과도 | UV-Vis 반사율 | 수학식 1 | 코팅 외관 |
WVTR (g/m2·day) |
||||
| 전투과도 | Haze | 325nm | 450nm | Al 증착 | AlOx 증착 | |||
| 실시예1 | 89.05 | 3.82 | 6.75 | 6.47 | 1.04 | ○ | 0.10 | 0.54 |
| 실시예2 | 88.98 | 3.75 | 9.11 | 7.92 | 1.15 | ○ | 0.11 | 0.62 |
| 실시예3 | 89.02 | 3.81 | 6.71 | 6.35 | 1.06 | ○ | 0.16 | 0.76 |
| 실시예4 | 89.06 | 3.69 | 6.62 | 6.49 | 1.02 | ○ | 0.18 | 0.73 |
| 비교예1 | 89.01 | 3.81 | 6.68 | 6.39 | 1.05 | ○ | 0.97 | 2.28 |
| 비교예2 | 89.00 | 3.79 | 6.71 | 6.62 | 1.01 | X | 0.32 | 1.44 |
| 비교예3 | 88.96 | 3.72 | 6.72 | 6.81 | 0.99 | ○ | 0.48 | 1.64 |
| 비교예4 | 88.99 | 3.67 | 6.84 | 6.41 | 1.07 | ○ | 0.26 | 1.02 |
| 비교예5 | 89.03 | 3.88 | 6.24 | 6.99 | 0.89 | △ | 1.03 | 3.02 |
| 비교예6 | 89.06 | 3.71 | 4.50 | 2.27 | 1.98 | ○ | 0.36 | 1.42 |
| 비교예7 | 90.06 | 0.32 | 4.24 | 4.88 | 0.87 | ○ | 0.22 | 1.05 |
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 경우 우수한 코팅 외관과 동시에 알루미늄 및 산화알루미늄 증착층을 진공 증착 후 수분 배리어 성능도 우수한 것을 확인할 수 있다.
반면에, 비교예 1 및 비교예 5와 같이 바인더의 산가 또는 바인더의 종류가 본 발명의 구성과 다를 경우에는 증착 후 높은 수분투과도를 보이며, 비교예 2와 같이 바인더의 분자량이 너무 높으면 코팅액의 높은 점도로 외관 불량을 야기하게 된다.
또한 비교예 3 및 비교예 4와 같이 경화제 함량이 너무 많거나 적을 경우 경화가 불충분하거나 또는 과도한 경화로 바인더의 산가를 줄여 증착층과의 밀착력이 부족하게 되어 높은 수분투과도를 보이게 된다.
또한, 수학식 1의 범위를 벗어나게 되는 비교예 5 내지 비교예 7의 경우 기재와 증착층이 충분한 밀착력을 가지지 못하고, 증착 이후 공정에서의 스크래치 발생 등으로 수분투과도가 상승하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 폴리에스테르 기재
20: 프라이머층
30: 증착층
40: 보호코팅층
20: 프라이머층
30: 증착층
40: 보호코팅층
Claims (13)
- 폴리에스테르 기재; 및
상기 폴리에스테르 기재의 적어도 일면에 산성(Acid) 기를 갖는 Co-PET계 바인더 및 멜라민계 경화제를 포함하는 코팅 조성물을 도포하여 배치되는 프라이머층;
을 포함하고,
하기 수학식 1을 만족하되,
(수학식 1)
0.9 < A/B < 1.3
여기서, A는 325nm 반사율이고, B는 450nm 반사율인, 수분 배리어성 폴리에스테르 필름. - 제1항에 있어서,
상기 Co-PET계 바인더의 산가는 30 내지 80 mg KOH/g인, 수분 배리어성 폴리에스테르 필름 - 제1항에 있어서,
상기 Co-PET계 바인더의 수평균 분자량은 1,000 내지 5,000인, 수분 배리어성 폴리에스테르 필름. - 제1항에 있어서,
상기 멜라민계 경화제는 화학식의 반복단위 내에 3개 이상의 메톡시기를 포함하는, 수분 배리어성 폴리에스테르 필름. - 제1항에 있어서,
상기 코팅 조성물은 고형분 기준 상기 Co-PET계 바인더 100 중량부에 대해 상기 멜라민계 경화제 2 내지 10 중량부를 포함하는, 수분 배리어성 폴리에스테르 필름. - 제1항에 있어서,
상기 프라이머층의 두께는 5 내지 50nm인, 수분 배리어성 폴리에스테르 필름. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 수분 배리어성 폴리에스테르 필름; 및
상기 수분 배리어성 폴리에스테르 필름의 프라이머층 상에 알루미늄 또는 산화 알루미늄이 층착되어 형성된 증착층;
을 포함하는, 수분 배리어성 증착필름. - 제7항에 있어서,
상기 증착층이 알루미늄 증착층일 경우, 상기 수분 배리어성 증착필름은 수분투과도(WVTR)가 0.05 내지 0.2 g/m2·day인, 수분 배리어성 증착필름. - 제7항에 있어서,
상기 증착층이 산화 알루미늄 증착층일 경우, 상기 수분 배리어성 증착필름은 수분투과도(WVTR)가 0.3 내지 1.0 g/m2·day인, 수분 배리어성 증착필름. - 제7항에 있어서,
상기 증착층이 알루미늄 증착층일 경우, 상기 증착층의 두께는 20 내지 100nm인, 수분 배리어성 증착필름. - 제7항에 있어서,
상기 증착층이 산화 알루미늄 증착층일 경우, 상기 증착층의 두께는 3 내지 20nm인, 수분 배리어성 증착필름. - 제7항에 있어서,
상기 증착층은 진공 증착법으로 증착된, 수분 배리어성 증착필름. - 제7항에 있어서,
상기 증착층 상에 형성된 보호코팅층;
을 더 포함하는, 수분 배리어성 증착필름.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040095266A (ko) | 2002-03-07 | 2004-11-12 | 도레이 가부시끼가이샤 | 폴리에스테르 필름 및 가스 배리어성 폴리에스테르 필름 |
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2022
- 2022-03-28 KR KR1020220038287A patent/KR20230139670A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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| KR20040095266A (ko) | 2002-03-07 | 2004-11-12 | 도레이 가부시끼가이샤 | 폴리에스테르 필름 및 가스 배리어성 폴리에스테르 필름 |
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