KR940003259B1 - 콘덴서용 폴리에스테르 필름. - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

콘덴서용 폴리에스테르 필름

본 발명은 전기적 특성을 향상시킨 폴리에스테르 필름, 더욱 자세하게는 올리고머 함유량이 적고, 기계적, 전기적 특성이 우수한 폴리에스테르 필름, 특히 콘덴서용 배향 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트 이축배향 필름은 우수한 물리적, 화학적 성질 및 전기적 성질을 나타내는 바, 사진용, 금속증착용, 포장용, 전기절연용, 콘덴서용, 자기테이프용, 점착테이프용 등으로 널리 사용되고 있다. 이들 용도중 콘덴서용 유전체로 사용되는 콘덴서 필름은 최근에 와서 전자기기의 초소형화 추세에 따라 5μ이하의 극박물, 심지어는 2μ이하의 초극박물 필름이 요구되고 있다.

이에 대한 종래의 문제점으로는 전자기기의 소형화로 인한 필름의 극박화가 필름의 전기특성 및 필름을 취급할때 작업성에 어려움을 주는 것으로 알려져 있다. 예를 들면 콘덴서용 폴리에스테르 필름도 다른 플라스틱 필름처럼 금속박과 함께 감아서 만든 권취형 콘덴서 및 금속 증착 필름을 감아서 만든 증착형 콘덴서가 있는데 이들 모두 로울 형태로 감아서 소자를 만드는 제조공정이 필요하며, 각각 공정상, 필름의 주행성으로 인한 문제가 발생된다.

이를 해결하기 위한 방법으로는 필름 표면에 요철을 부여하여 같은 필름끼리 블로킹되는 것을 방지하는 방법이 제시되고 있다.

즉, 필름에 불활성 외부입자를 첨가하는 방법, 예를들면, 탄산칼슘, 탄산리튬, 카올린, 산화티탄, 산화규소등의 입자를 첨가하는 것이다. 또 다른 대안으로는 석출입자법에 의한 입자를 중합중에 생성시켜 필름 표면에 요철을 부여하는 방법이 제시되어 왔다. 그러나 본 발명에서 해결하는 전기적 특성 측면에서 살펴보면, 일반적으로 전자기기의 온도는 국부적으로 상온에서 150℃까지 상승하므로 이 범위내에서 체적고유저항, 절연파괴전압 및 내전압 특성등이 유지되는 유전체 필름이 요구된다. 폴리에스테르 필름중에는 통상 1.3∼1.7중량% 정도의 환상 삼량체를 주성분으로 하는 올리고머 및 이온들이 함유되어 있어 전기장내에서 열을 받을 경우 이들의 이동성 증가로 인해 절연성이 떨어지고 장시간 사용할 경우 체적고유저항 감소 및 소자의 파괴가 일어나 전자기기의 성능을 떨어뜨리는 요인이 된다. 그러한 이유때문에 필름의 올리고머 함량을 감소시키는 것이 필수적으로 요구되고 있다. 종래에 폴리에스테르 필름의 전기 특성을 개량하는 방법으로서 일본특공소 35-5395호 및 일본특공소 41-4600호 등에서 인화합물을 사용하는 방법이 소개된 바 있으나 이들은 촉매잔사에 관한 측면만을 고려했을뿐 본 발명에서 해결하고자 하는 문제점은 아직도 남아 있다.

또한 용제에 의한 폴리에스테르중의 올리고머를 추출하는 방법으로는 디메틸 포름 아마이드나 벤질 알콜올(일본 특공소 43-23348호, 일본 특공소 44-2120호 참조) 또는 자일렌(일본 특공소 54-62277)을 추출용제로 하여 이용한 것이 알려져 있지만 이러한 용제들은 콘덴서용 필름의 요구특성을 만족시키지 못하거나 공정상 콘트롤 문제를 발생시킨다. 많은 용제중에서 디옥산, 클로로포름, 혹은 혼합용제가 전기적 특성 및 경제적인 면으로 보아 가장 적합한 것으로 보이지만 이들 또한 용제로 사용할 때에는 다음과 같은 문제점이 따르게 된다.

즉 콘덴서 필름의 경우 박막인 관계로 연신된 필름상태에서 용제추출은 공정상 어려우며 미연신 상태에서 하는 것이 보다 쉬운 방법이다.

또한 잔존 올리고머 량을 최대한 줄이기 위해서는 시간과 온도의 함수로써 침지시켜야 하는데 장시간 침지시에는 연신 및 열처리 과정에서의 문제점, 예를 들면 파단 및 불균일 연신등과 같은 문제점이 돌출되고, 용제의 온도를 끓는점 가까이 가져갈 경우에는 용제의 증발에 의한 인체 및 환경오염이 발생하게 된다.

연신에 있어서 종방향 연신후 횡방향 연신은 필름 물성 및 연신 파단에 의해서 제한을 받게 되는데 특히 전기적 특성을 향상시키기 위해서는 필름 내부에 잔존하는 이온 및 올리고머의 이동성을 제한시키는 것이 필요하며 이것은 횡방향의 연신비에 따라 크게 영향을 받는다.

본 발명자등은 앞에서 언급한 문제점들을 해결하고 전기적 특성이 향상된 폴리에스테르 필름을 얻고자 연구한 결과 제막과정중 용제로 클로로 포름을 사용하여 미연신 필름의 올리고머를 추출 처리한 후 연신열 처리과정을 거쳐 기계적 특성 및 전기적 특성을 동시에 향상시킴으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

본발명을 상세하게 설명하면, 폴리에스테르 필름 제조시 제막과정중 미연신상태에서 끓는점 이하로 가열된 클로로포름을 이용하여 아래의 조건으로 필름중에 함유된 올리고머를 추출 제거하고,

S=KT^m(단, S=시간(초), T = 온도(℃))

2.5≤LOG K≤3.6

-2.0≤m≤-1.1

아래와 횡방향 연신비로 필름을 연신시켜서 콘덴서용 폴리에스테르 필름을 제조하는 것이다.

1μ≤d≤7μ

(단, MD=종연신비, TD=횡연신비, d =필름두께)

이렇게 제조된 필름은 처리전 필름에 대하여 올리고머 함량이 0.3∼0.6배이고 절연파괴전압이 1.2∼1.5배 향상되고 체적저항이 1.2∼3.0배 향상된 폴리에스테르 필름이다. 클로로포름 처리시간으로는 처리온도가 낮을 경우 필름 처리 시간이 짧으면 필름내의 이온 및 올리고머의 이동성이 작기 때문에 적정한 수준의 추출 처리가 되지 못하며 결과로서 절연파괴전압 및 내전압 특성이 떨어져 만족스럽지 못하다. 반대로 처리온도가 높고 필름 처리 시간이 길면 그 다음 공정인 연신 및 열처리 과정에서 파단 및 불균일 연신등과 같은 문제점이 돌출되므로 온도에 따른 열처리 시간은 아래의 조건을 만족하는 것이 가장 적당하다.

S=KT^m

(단, S=시간(초), T=온도(℃))

2.5≤LOG K≤3.6

(더욱 좋게는 2.7≤LOG K≤3.3)

-2.0≤m≤-1.1

(더욱 좋게는 -2.0≤m≤-1.5)

횡방향의 연신비는 종방향 연신비 및 최종 필름두께에 의해 결정되는데 횡방향 연신비가 2d/MD 이하의 경우는 공정을 콘트롤하는 데는 무리가 없으나 필름의 기계적 물성이 떨어지며 특히 완전한 배향 결정화가 일어나지 않으므로써 필름 내부의 이온 및 올리고머의 이동도를 감소시킬 수 없는 결점이 있다. 8d/MD이상의 경우는 열수축이 심하여 최종 필름의 열적 수치 안정성이 낮으며 연신시 파단 및 연신 불균일성 등으로 인해 수율의 감소 및 제막이 불가능한 경우가 발생하기 때문에 최적 연신조건은 아래와 같다.

(더욱 좋게는)

[평가법]

ㆍ필름 후도

필름 10매를 중첩하여 마이크로 메타법에 의해 측정한 후 그 값을 10으로 나누어 구한다.

ㆍ절연파괴전압(BDV)

이축배향 폴리에스테르 필름을 폭 10mm로 자른후 알루미늄박 1.2m와 함께 권취하여 프레스 가공후 에폭시 몰딩을 하여 1μF용량의 콘덴서를 만든 다음 콘덴서가 파괴될때까지 전압을 서서히 올려 파괴전압을 측정한 후 필름 두께로 나누어 BDV치로 한다.

(전극은 ASTM 149에 따른다)

ㆍ내전압 특성

앞의 콘덴서 1000개를 500V에서 1분 처리시 파괴된 콘덴서의 갯수를 측정한다.

(전극은 ASTM 149에 따른다)

ㆍ체적고유저항

필름을 5Kg 압력의 전극 사이에 놓고 DC 100V를 인가하여 체적저항을 측정하고 이를 필름 두께로 나누어 계산한다.

(전극은 ASTM 149에 따른다)

ㆍ올리고머 함량

필름을 잘게 잘라서 자이렌에 12시간 녹인후 자외선 스팩트로메타를 이용하여 용액의 농도를 측정한다.

[실시예 1]

디메틸테레프탈레이트 100중량%, 에틸렌 글리콜 70중량% 및 에스테르 교환 촉매로 초산칼슘 0.09중량%, 중합 촉매로 삼산화 안티몬 0.03중량%를 첨가하여 에스테르 교환 반응을 진행한다. 반응이 종료되면 트리메틸렌포스페이트 0.05중량%를 첨가한 후 산화규소 5중량%의 에틸렌 글리콜 슬러리를 0.05중량% 첨가한다. 이후 감압하 285℃에서 4시간 반응을 거쳐 반응을 종료한다. 이러한 방법으로 얻은 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 고유점도 0.62, 연화점 262℃를 나타낸다.

위의 폴리머칩을 사출기를 통하여 용융제막한다. 제막시 미연신 필름상태에서 50℃ 클로로포름에 3초간 침지시킨 후 종방향으로 3.8배, 횡방향으로 3.2배 연신하여 필름두께가 4μ인 콘덴서 필름을 얻는다.

얻어진 필름의 절연파괴전압은 620V/μ이고 체적고유저항은 27×10¹⁶Ωcm, 내전압치는 콘덴서 1개만 파괴되는 매우 양호한 전기적 특성을 보였다.

[실시예 2, 3]

미연신 필름의 두께와 횡연신비를 변경하여 실시예 1과 같이 실시하였다.

[실시예 4, 5]

필름의 두께를 변경하여 실시예 1과 같이 실시하였다.

[비교예 1, 2]

클로로포름 처리를 하지 않았고 실시예 1과 같이 실시하였다.

[비교예 3]

황연신비를 변경하여 실시예 1과 같이 실시하였다.

[비교예 4, 5]

클로로포름 처리 시간을 변경하여 실시예 1과 같이 실시하였다.

이상의 실시예 및 비교예의 결과에 대한 물성 비교표를 표1에 나타냈다.

[표 1]

Claims (2)

1. 폴리에스테르 필름 제조시 제막과정에서 끓는점 이하로 가열된 클로로포름을 이용하여 필름중에 함유된 올리고머를 미연신 상태에서 다음 범위의 온도에 따른 처리 시간으로 처리하고

   S=KT^m(단, S=시간(초), T=온도(℃))

   2.5≤LOG K≤3.6

   -2.0≤m≤-1.1

   아래의 횡방향 연신비로 필름을 연신시킴을 특징으로 하는 콘덴서용 폴리에스테르 필름의 제조방법.

   1μ≤d≤7μ

   (단, MD=종연신비, TD=횡연신비, d=필름두께)
2. 올리고머 함량이 상기 제1항과 같이 처리하기전 필름에 대해 0.3∼0.6배이고 해당하고 절연파괴전압이 1.2∼1.5배 향상되며 체적저항이 1.2∼3.0배 향상된 콘덴서용 폴리에스테르 필름.