KR0159963B1 - 폴리에스테르 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내열성, 내광성 및 제전특성이 우수한 저광택의 경량화된 백색 폴리에스테르 필름 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 폴리에스테르 수지에 황산 바륨, 탈크 및 아미드-폴리에틸렌 글리콜 공중합체를 함께 첨가함으로써 폴리에스테르 필름의 백색도, 내열성, 내광성 및 제전특성이 개선될 뿐 아니라 표면 광택도가 낮아지고 겉보기 밀도가 감소되어, 백판, 각종 자기카드, 인화지, 인쇄재료, 고급 포장지 등의 제조에 유용한 경량화된 백색 폴리에스테르 필름을 수득할 수 있다.

Description

백색 폴리에스테르 필름

본 발명은 백색 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내열성, 내광성 및 제전특성이 우수하여 백판, 각종 자기카드, 인화지, 인쇄재료, 고급 포장지 등의 제조에 유용한, 저광택의 경량화된 백색 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 각종 카드, 인화지 및 인쇄지는 주로 종이, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌 등을 사용하여 제조되어 왔으나, 폴리염화비닐을 기본 원료로 하여 제조된 카드는 그 두께가 두꺼워 여러 장의 카드를 동시에 소지할 때 불편할 뿐 아니라 열에 의해 필름이 쉽게 변형되며, 폴리프로필렌은 내광성이 약하고 재질의 고급성이 떨어지며, 종이를 기본 재료로 사용하는 경우는 충격 강도, 유연성 및 내열성 등이 약해서 외부 충격에 의해 파괴되기 쉽고 특히 물이나 기름에 의해 변형되기 쉬운 단점이 있다.

폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)는 화학적 및 물리적으로 안정하고 특히 이축 연신시 기계적 강도가 높으며, 내열성, 내구성, 내약품성, 전기절연성 등이 우수하여 의료 기구, 자기기록매체, 콘덴서, 사진 필름, 산업용품, 포장재 및 라벨용품 뿐 아니라 각종 성형가공품의 제조에 폭넓게 사용되고 있다.

폴리에스테르 필름은 기본적으로 높은 투명도와 광택도를 가지고 있어 포장용 및 산업용으로 널리 사용되고는 있으나, 신용카드, 선불카드, 전화카드 등을 비롯한 각종 자기카드에 사용되기 위해서는 폴리에스테르 필름의 높은 투명도와 광택도를 제어하기 위한 기술이 무엇보다 중요하다.

이러한 폴리에스테르 필름의 우수한 특성을 살리면서 상기 언급한 바와 같은 여러 문제점을 해결하기 위해 여러 방법이 개발되어 왔다. 그 예로서, 일본 공개특허공보 제87-243120 및 90-206622호에서는 폴리에스테르에 무기입자를 첨가하였고, 일본 공개특허공보 제90-185532호에서는 황산 바륨을 단독으로 사용하였으며, 일본 공개특허공보 제91-50241호에서는 폴리에스테르에 폴리올레핀 수지를 배합한 후 황산 바륨과 탄산 칼슘을 혼용 첨가함으로써 상기 단점들을 해결하고자 시도하였다.

그러나, 이러한 방법에 의해 제조된 백색 폴리에스테르 필름은 고온 또는 태양광선에 장시간 노출되면 쉽게 변색(황화)되어 고품위 카드에 사용하기가 부적합하고, 폴리에스테르 필름의 특성상 쉽게 정전기가 발생, 축적되어 인쇄공정에서 인쇄 불균일 및 잉크 접착 불량 등의 문제가 야기될 뿐 아니라, 치명적으로는 자기 카드에 수록되어 있는 각종 정보의 손실이 초래될 수 있어 널리 사용하는데 많은 어려움이 있었다. 또한, 필름의 은폐성을 유지하기 위하여 첨가되는 기존의 티타늄 화합물은 고가일 뿐 아니라 상온, 상습에서도 쉽게 응집되어 제조 공정상에 많은 문제점을 야기하고 있고, 정전기 문제를 해결하기 위해 설폰계 화합물 및 음이온계 제전특성제를 사용하는 경우 다량의 무기물로 인해 이들 화합물이 충분히 필름 표면으로 전이되지 않아 효과적인 제전성을 부여할 수 없었다. 뿐만 아니라 과량의 제전특성제 사용으로 인해 필름 표면에 피시 아이(fish eye)라고 불리우는 오목하게 패인 현상이 발생하게 되어 인쇄적성 및 접착성이 불량하게 되어 폴리에스테르 필름이 지닌 장점이 충분히 활용되지 못하고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고, 폴리에스테르 필름의 내열성, 내광성 및 제전 특성을 개선시키기 위해 예의 연구한 결과, 폴리에스테르에 황산 바륨, 탈크 및 산아미드-폴리에틸렌 글리콜 공중합체를 함께 첨가하여 상기 조건을 만족시키는 필름을 제조함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 내열성, 내광성 및 제전 특성이 우수한, 저광택의 경량화된 백색 폴리에스테르 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따라서, 주반복 단위의 60 중량% 이상이 에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 극한점도 0.4 내지 0.9 dl/g의 폴리에스테르 수지, 및 폴리에스테르 필름 100 중량부를 기준으로, 사방정계 결정구조를 갖는 평균 입경 0.1 내지 5㎛의 황산 바륨 5 내지 15 중량부, 평균 입경 1 내지 10㎛의 탈크 5 내지 15 중량부, 및 하기 일반식(1)로 표시되는 산 아미드기를 반복 단위로 갖는 고분자와 하기 일반식(2)로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에틸렌 글리콜로 이루어진 공중합체 0.1 내지 20 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 백색 폴리에스테르 필름이 제공된다:

본 발명에 따라서, 폴리에스테르 필름 제조에 있어 폴리에스테르 수지에 무기 충전제로서 황산 바륨 및 탈크를 각각 폴리에스테르 필름 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부의 양으로 첨가하고 산아미드-폴리에틸렌 글리콜 공중합체 0.1 내지 20 중량부를 첨가하면 필름의 백색도 및 대전방지성이 향상되고 빛투과율 및 표면 광택도가 개선될 뿐 아니라 겉보기 밀도가 감소되어 경량화되므로 상기 언급한 바와 같은 단점들이 해결되면서 여러 용도로 유용한 폴리에스테르 필름을 얻을 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르는 35℃에서 오르토클로로페놀 25㎖당 0.3g의 농도로 측정했을 때 0.4 내지 0.9 dl/g, 바람직하게는 0.5 내지 0.8 dl/g의 극한 점도를 갖는다. 상기 극한 점도가 0.4 dl/g 미만인 경우, 필름 제조공정에서 연신중 파단이 빈번하여 생산성이 크게 저하될 뿐 아니라, 최종 필름에서 기계적 강도 등의 물성이 저하되어 바람직하지 않고, 극한 점도가 0.9 dl/g을 초과하는 경우에는 , 용융점도가 상당히 상승하여 제막 공정중 압출 공정이 안정해지는 등 제조 공정상의 어려움으로 인해 후공정에서의 생산성이 크게 저하된다.

상기와 같은 본 발명의 폴리에스테르는 다가 유기산 성분과 다가 알콜 성분을 중축합시켜 얻어진 수지이다. 본 발명의 목적을 위해, 상기 유기산으로는 카복실산, 특히 방향족 디카복실산이 바람직하며, 상기 알콜로서는 글리콜, 특히 알킬렌 글리콜이 바람직하다.

상기 방향족 디카복실산의 구체적인 예로는 디메틸 테레프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌 카복실산, 사이클로헥산 디카복실산, 디페녹시에탄 디카복실산, 디페닐 디카복실산, 디페닐에테르 디카복실산, 안아트라센 디카복실산 및 α,β-비스(2-클로로페녹시)에탄-4,4′-디카복실산이 포함되며, 이들 중 디메틸 테레프탈산 및 테레프탈산이 특히 바람직하다.

상기 알킬렌 글리콜의 구체적인 예로는 에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 펜타메틸렌 글리콜, 헥사메틸렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜이 포함되며, 이들 중 에틸렌 글리콜이 특히 바람직하다.

본 발명의 폴리에스테르는 60 중량% 이상이 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 호모폴리에스테르이고, 40 중량부 이내에서는 공중합해도 좋다. 상기 공중합 성분으로는 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, p-크실렌 글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 나트륨 5-설포레조르신 등과 같은 디올 화합물, 아디프산, 나트륨 5-설포이소프탈산 등과 같은 디카복실산, 및 트리멜리트산, 피로멜리트산 등과 같은 다작용성 카복실산이 포함된다.

본 발명에 무기 충전제로 사용되는 황산 바륨 화합물은 일반적으로 백색 무기 충전제로 사용되고 있는 티타늄 화합물에 비해 비중이 낮고 건상 분산성이 우수할 뿐 아니라 시장 가격도 저렴하며 백색도가 양호한데, 특히 본 발명에서와 같이 결정형이 사방정계(a = 7.5Å, b = 8.8Å, c = 5.5Å, 각도 : 90°)이 결정 구조를 갖는 황산 바륨 화합물을 사용하는 경우 이러한 현상은 더욱 현저해진다.

상기 황산 바륨 화합물의 평균 입경은 보편적으로 0.1 내지 5.0㎛, 바람직하게는 0.3 내지 1.0㎛이고, 첨가량은 폴리에스테르 필름 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부, 바람직하게는 8 내지 12 중량부로서, 상기 평균 입경 및 첨가량은 최종 필름의 두께 및 용도에 따라 달라질 수 있다. 상기 화합물에 의해 최종 필름의 백색도 및 빛투과율이 좌우되는데, 필름의 백색도는 80 내지 110%, 바람직하게는 85 내지 105% 수준인 것이 좋다. 백색도가 80% 미만이면 필름에 황색기가 있어 인쇄시 고급감이 떨어지고 반면에 110%를 넘으면 필름 표면에 청색기가 있어 역시 필름의 고급감을 떨어뜨린다. 또한, 필름의 빛투과율은 0.5 내지 2.0%, 바람직하게는 0.8 내지 1.5%인 것이 좋으며, 상기 빛투과율이 2.0% 보다 크면 필름의 은폐성이 작기 때문에 필름의 이면(裏面)이 보이게 되며, 빛투과율이 0.5% 미만인 경우에는 다량의 미세 기포를 함유하기 때문에 필름의 강도가 약해지는 문제점이 야기된다.

본 발명에서 또 다른 무기 충전제로서 사용되는 탈크 화합물의 평균 입경 및 첨가량은 필름의 두께 및 용도에 따라 달라지나, 일반적으로 평균 입경은 1 내지 10㎛, 바람직하게는 2 내지 5㎛의 범위이고, 첨가량은 폴리에스테르 필름 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부, 바람직하게는 7 내지 10 중량부의 범위이다. 상기 탈크 화합물은 최종 필름의 표면 광택도를 좌우하는데, 본 발명에 있어 필름의 표면 광택도는 10 내지 60%, 바람직하게는 20 내지 50%인 것이 좋다. 광택도가 60% 보다 큰 경우 필름이 너무 반짝거려 눈을 쉽게 피로하게 만들기 때문에 고급 인쇄재료로 사용하기에 적합하지 않고, 반면에 광택도가 10% 미만이 되면 미관상 좋지 않을 뿐 아니라 다량의 무기 화합물이 필요하게 되어 필름의 기계적 물성에 악영향을 미치게 된다.

본 발명에 사용되는 또 다른 성분인 산아미드-폴리에틸렌 글리콜 공중합체는, 산 아미드기를 반복 단위로 갖는 고분자 40 몰중량부와 분자량 500 내지 100,000의 폴리에틸렌 글리콜 60 몰중량부로 이루어진 것이 바람직하고, 폴리에스테르 필름 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부의 양으로 첨가하며, 1 내지 10 중량부이면 바람직하다. 상기 첨가량이 0.1 중량부 미만이면 필름의 대전방지성이 불량해지고, 20 중량부를 초과하는 경우에는 대전방지성은 우수하나 폴리에스테르와의 상용성이 저하되어 양질의 필름을 제조할 수 없을 뿐 아니라 투명성이 떨어지고 황색빛이 짙어지는 현상이 발생하게 된다. 본 발명에 따라 상기 공중합체를 첨가하는 경우, 다량의 다공형성에 의해 필름의 겉보기 밀도가 낮아지는 효과를 얻을 수 있는데, 가볍고 부드러운 양감을 얻기 위해서는 1,350 dl/g 이하의 겉보기 밀도와 15 ㎏/㎟ 이하의 파단강도를 유지하도록 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 산아미드 고분자 성분과 폴리에틸렌 글리콜의 공중합은 바람직하게는 나일론 염과 같은 반응 촉매를 사용하여 용융공중합 공정에 의해 수행하며, 생성된 공중합체는 중합 반응에 첨가할 경우 고온 반응에 의해 열분해되어 제전 특성이 상실되거나 반응 시간이 길어져 필름의 품질에 문제가 발생할 수 있으므로 압출 성형시 첨가하여 건식 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 폴리에스테르 필름은 또한 전술한 성분들 이외에 하나 이상의 공지된 첨가제들, 예를 들면 자외선 흡수제, 열안정제, 중축합 촉매, 분산제, 정전인가제, 결정화 촉진제, 기핵제, 블로킹 방지제 등을 본 발명의 특성에 불리한 영향을 미치지 않는 범위내에서 효과량으로 함유할 수도 있다.

본 발명의 폴리에스테르 필름의 제조 방법은 특별히 한정되어 있지 않으며, 상기 첨가제들을 포함한 극한점도 0.4 내지 0.9 dl/g의 폴리에스테르 수지를 T-다이법, 인플레이션법 등에 의해 용융압출시켜 미연신 시이트로 성형한 후, 수득된 시이트를 통상적인 방법에 따라 이축연신시켜 본 발명의 폴리에스테르 필름을 제조한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하겠지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 제조된 폴리에스테르 필름의 각종 성능평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.

(1) 파단 강도

필름의 파단 강도는 미국 인스트론(Instron)사의 UTM 모델-4206을 이용하여 실온 및 65%의 상대습도에서 길이 50㎜, 폭 20㎜ 및 두께 12㎛의 필름을 20㎜/㎝의 속도로 인장시켜 하중-신도의 차트를 작성하여 각각의 데이타를 계산하여 평가하였다.

(2) 제전특성

제전특성(대전방지성)은 23℃ 및 65%의 상대습도에서 미국 휴레트(Hewlett)사의 절연저항 측정기를 사용하여 필름의 표면저항(Ω)을 측정하여 평가하였다. 사용된 인가 전압은 500V였으며, 상기 표면저항이 작을수록 필름의 제전특성은 증가된다.

(3) 광택도

필름의 표면 광택도는 측정각도 60°에서 흑색경을 기준경으로 사용하여 ASTM D523의 방법에 따라 측정하였다.

(4) 백색도

백색도는 하기 식을 이용하여 JIS-L-1015의 방법에 따라 측정하였다 : 백색도 = 4B-3G

상기에서, B는 파장 450㎚에서의 반사율(%)을 나타내고, G는 파장 550㎚에서의 반사율(%)을 나타낸다.

(5) Color-B 값 및 반사율

필름의 Color-B 값은 광원색차계(일본 전색 공업주식회사, 모델 : SZS-∑80)를 이용하여 2°의 측정각에서 C 광원을 측정광원으로 사용하여 측정하였으며; 440㎚에서의 반사율은 가시광선 파장영역중 440㎚에서의 반사율(%)을 측정한 값이다.

(6) 빛투과율

필름의 빛투과율은 25㎚의 샘플 직경 및 2.5°의 산란각도를 이용하여 ASTM D1003에 따라 측정하였다.

(7) 내광성

필름의 내광성은 24시간 동안 Q-UV를 조사한 후에 필름의 Color-B를 측정하여 평가하였다. 자외선 조사는 미국 Q-패널(Q-Panel)사의 Q-UV를 이용하여, 280 내지 315㎚의 UV 스펙트럼을 갖는 UV 램프에서 12㎝ 떨어진 평행판에 필름을 설치한 후 220V 및 0.6 내지 0.8Å에서 상기 UV 램프를 작동시켜 필름의 표면에 8시간 동안 자외선을 조사한 다음 4시간 동안 응축시켜 수행하였다.

(8) 겉보기 밀도

겉보기 밀도는 사염화탄소 및 n-헵탄으로 이루어진 밀도 구배관을 25℃로 유지하여 부침법에 의해 측정하였다.

[실시예 1]

디메틸테레프탈레이트와 에틸렌 글리콜을 1 : 2의 당량비로 혼합하고, 생성된 혼합물에 에스테르교환 반응 촉매로서 마그네슘 화합물을 첨가하고 반응시켜 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단량체, 즉 비스-2-하이드록시에틸 테레프탈레이트를 제조한 후, 증축합 촉매로서 안티몬 화합물을 가하여 증축합 반응을 수행하여 고유점도 0.610 dl/g의 폴리에스테르 수지를 제조하였다. 이어서, 생성된 폴리에스테르 수지에 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 입경을 갖는 황산 바륨 및 탈크를 표 1에 나타낸 양으로 첨가하여 폴리에스테르 중합체 칩을 제조한 후, 수득된 칩을 표 1에 나타낸 바와 같은 양의 산아미드-폴리에틸렌 글리콜 공중합 수지를 함유하고 첨가제를 함유하지 않는 폴리에스테르 칩과 건식 혼합하였다. 생성물을 건조시키고 통상적인 방법으로 용융 압출시켜 미연신 시이트로 성형한 다음, 수득된 시이트를 종방향으로 3.0배 및 횡방향으로 3.0배의 연신비로 여신시켜 188㎛의 두께를 갖는 이축연신된 백색 폴리에스테르 필름을 제조하여, 각종 성능 평가를 수행하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

상기와 같이 제조된 폴리에스테르 필름은 표 1에서 볼 수 있듯이 전반적으로 우수한 물성을 나타냈으며, 24시간 Q-UV 조사후의 Color-B 값의 변화폭도 0.2로서 양호한 내광성을 입증하였다.

[실시예 2 내지 10]

첨가제의 투입 농도를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시키면서 실시예 1의 절차를 반복하여 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 필름의 물성은 표 1에 나타낸 바와 같이 전반적으로 양호하였다.

[비교예 1 내지 5]

첨가제의 투입 농도를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시키면서 실시예 1의 절차를 반복하여 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 필름의 물성은 표 1에 나타낸 바와 같이 전반적으로 불량하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라서 황산 바륨, 탈크 및 아미드-폴리에틸렌 글리콜 공중합체를 폴리에스테르 수지에 첨가함으로써 내광성, 내열성 및 제전특성이 우수한 저광택의 경량화된 백색 폴리에스테르 필름을 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 주반복 단위의 60 중량% 이상이 에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 극한 점도 0.4 내지 0.9 dl/g의 폴리에스테르 수지, 및 폴리에스테르 필름 100 중량부를 기준으로 사방정계 결정 구조를 갖는 평균 입경 0.1 내지 5㎛의 황산 바륨 5 내지 15 중량부, 평균 입경 1 내지 10㎛의 탈크 5 내지 15 중량부, 및 하기 일반식(1)로 표시되는 산 아미드기를 반복단위로 갖는 고분자와 하기 일반식(2)로 표시되는 반복단위를 갖는 폴리에틸렌글리콜로 이루어지 공중합체 0.1 내지 20 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 백색 폴리에스테르 필름 :
2. 제1항에 있어서, 상기 공중합체가 산아미드기를 반복단위로 갖는 고분자 40 몰 중량부와 분자량 500 내지 100,000의 폴리에틸렌글리콜 60 몰중량부의 공중합체인 것을 특징으로 하는 필름.