KR100428609B1 - 이축연신 폴리에스테르 필름 - Google Patents

이축연신 폴리에스테르 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프린팅, 이미징, 광고, 전시용도 등에 널리 적용될 수 있는 고기능성 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 특히 표면 특성이 우수하고 난연성이 뛰어난 특성을 지닌 이축연신 폴리에스테르 필름의 제공을 그 목적으로 한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 일방법으로, 표면의 60도 광택도가 100% 이상인 유광층(A층), 무기입자 5∼30중량% 및 형광증백제를 0.5% 중량% 이하 함유하는 층(B층), 및 표면의 60도 광택도가 50%이하인 무광층(C층)의 3층 구조를 지니고, 상기 층들 중 적어도 한개 층에 난연제를 일정량 함유시킨 특징을 지닌 이축연신 폴리에스테르 필름을 개시한다.

Description

이축연신 폴리에스테르 필름{BIAXIALLY STRETCHED POLYESTER FILM}
본 발명은 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 좀더 상세히는 외관상 백색이며 표면 및 이면의 상이한 표면특성을 부여함으로서, 프린팅, 이미징, 광고, 전시 용도 등으로 광범위하게 적용 가능한 고기능성 이축연신 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.
일반적으로 폴리에스테르(주로 폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 우수한 물리적, 화학적 성질을 갖고 있어 고분자 가공제품으로 광범위하게 사용되고 있으며, 그 중에서 필름 용도 개발적 측면에 있어서 입자충전 폴리에스테르필름은 라벨, 카드, 백색 판, 사진 용지, 이미지 용지 등의 대체물로 용도개발이 이루어지고 있다. 특히 적당량의 무기입자를 고분자 매트릭스에 충전시켜 백색필름을 만드는 방법은 널리 알려져 있으며, 이때 백색 무기입자로 사용되는 무기 재료로는 이산화티타늄, 탄산칼슘, 황산바륨 등이 있다. 예를들면, GBP 1563591, GBP 1563592 및 JP 85-30930등에서는 황산바륨을 폴리에스테르에 충전시키거나 또는 황산바륨과 폴리올레핀을 동시에 충전시킨 백색 필름이 개시되어 있으며, JP 68-12013, JP 87-207337, JP 88-137927, 및 JP 88-161029등에서는 탄산칼슘을 함유하는 백색 폴리에스테르 필름이 개시되어 있다. 또한 JP 69-26752와 JP 86-118746에는 이산화티타늄을 함유하는 백색 폴리에스테르 필름이 개시되어 있으며, JP 87-241928에는 이산화티타늄과 실리카를 함유하는 백색필름이 개시되어 있고, JP 88-193934에는 아연화합물을 함유하는 이산화티타늄을 배합한 이축연신 폴리에스테르 필름이 개시되어 있으며, JP 88-196632에는 이산화티타늄, 실리카 및 알루미늄화합물을 함유하는 이축연신 폴리에스테르 필름이 개시되어 있으며, JP 90-185532에는 폴리올레핀을 무기입자에 피복시킨 입자를 배합한 백색 폴리에스테르 필름이 개시되어 있다. 또한 JP 91-50241에는 탄산칼슘, 황산바륨 및 스트론튬을 함유하는 백색 폴리에스테르 필름이 개시되어 있고, USP 5403879에는 제전특성을 부여한 백색필름이 개시되어 있으며, KR 1998-0055562에는 난연특성을 부여한 백색필름이 개시되어 있다.
그러나 상기에서 언급한 기술들에 의해 제조된 백색필름은 모두 단층필름에 국한된 것으로서, 더욱 개선된 기능 및 특성을 부여하는 데는 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 최근에는 공압출 기술을 이용한 적층 백색필름이 광범위하게 연구개발되고 있다. 예를들면, JP8-252857은 폴리에스테르에 폴리올레핀 수지를 첨가한 적층백색 폴리에스테르필름의 제조법이 나타나 있고, JP9-52335에는 아연화합물, 알루미늄화합물, 및 아나타제형 이산화티타늄을 첨가한 공압출 적층 이축연신 폴리에스테르필름이 나타나 있으며, JP9-85918에는 아나타제형 이산화티타늄과 루타일형 이산화티타늄을 첨가한 것을 특징으로 하는 백색적층 폴리에스테르필름이 나타나 있다. 또한 JP9-187904에는 극한점도차이가 0.001~0.20인 것을 특징으로 하는 백색적층 폴리에스테르필름이 제시되어 있고, JP11-123801에는 투과농도가 0.2이상, 색상 b 값이 2 미만, 표면의 60도 광택도가 60% 이상인 것을 특징으로 하는 적층백색폴리에스테르 필름이 제시되어 있으며, JP11-157038에는 산화티타늄입자, 황산바륨입자, 형광증백제를 함유하는 적층백색 폴리에스테르필름이 제시되어 있다. 그리고, JP11-170462에는 산화티타늄 입자, 황산바륨입자, 및 형광증백제를 함유하고, 겉보기밀도가 0.5~1.3g/㎤인 것을 특징으로 하는 적층백색 폴리에스테르필름이 제시되어 있고, JP11-254622에는 아나타제형 이산화티타늄과 연원자 (鉛原子) 농도가 50ppm 이하인 백색안료를 함유하는 것을 특징으로 하는 적층백색 폴리에스테르필름이 제시되어 있으며, USP 6143408에는 투과농도가 0.2 이상, 색상 b 값이 2 미만이고 프라이머층을 갖는 적층백색 폴리에스테르 필름이 제시되어 있다.
한편, 이축연신 폴리에스테르 필름의 주요한 물리적 특성의 하나인 광택도는 필름 표면의 외관을 평가함에 있어 광학적으로 결정되는데, 표면과 직선광선의 반사능력에 의존한다. 광택도는 인간의 눈에 의해 감지되므로 주관적인 것이다.
따라서, 시각적으로 관찰된 특성의 차이를 기기분석을 통하여 객관적인 수치로 정의할 필요성이 있다. 즉 입사광의 강도에 대한 반사광의 강도는 표면의 굴절률, 입사광의 각도, 그리고 표면조도의 함수로 결정된다. 만약 반사표면이 평평하다면 주어진 입사광의 각도에서 프레스넬(Fresnel) 식으로부터 반사강도를 예측할 수 있다. 예를들어 굴절률이 일정할 때 입사각이 증가하면 입사광의 강도에 대한 반사광의 강도가 증가한다. 일반적으로 광택도 측정 시에는 굴절률이 알려진 평평한 판을 사용하여 이것의 광택도 값과 측정하고자 하는 물질의 광택도 값을 비교한다. 따라서 광택도는 기준치에 대한 측정하고자 하는 물질의 입사광의 강도에 대한 반사광의 강도의 비율로서 나타낸다. 필름은 연신 메카니즘의 차이에 의하여 연신방향과 연신방향에 대한 직각방향 간의 광택도 차이가 생기는데, 첨가되는 입자량이 증가할수록 이러한 차이는 적다. 이것은 입자량을 다량으로 첨가할수록 연신도를 조절하기 때문에 굴절률의 차이가 덜 생기며, 또한 입자량을 다량으로 첨가할수록 표면조도에 의한 소광 효과보다는 매트릭스 내의 입자 및 Void에 의한 소광효과에 더 크게 의존하기 때문에 표이면 조도 차이에 의한 광택도 차이가 그만큼 상쇄되어 버리는 것으로 추정된다. 동일 입자 함량에서 두께에 따른 광택도의 변화는 두께가 높을수록 고분자 매트릭스내의 입자에 의한 광산란능이 커지기 때문에 광택도가 다소 감소하는 경향이 있다.
그리고, 필름의 재료로 폴리에스테르를 비롯한 열가소성 수지가 광범위하게 사용되고 있으나, 구조적으로 열가소성 수지는 열에 대한 저항성이 취약하다. 수지는 열이 가해짐에 따라 열분해가 일어나며 동시에 유독 가스를 방출하므로 이를 방지하고 억제시키는 것이 필요하다, 또한, 화재 발생시에 대비하여 일상에서 사용되는 필름들에 난연특성 및 지연특성을 부여하는것이 필요하다.
본 발명은 프린팅, 이미징, 광고, 전시용도 등에 적용할 수 있는 고기능성 필름의 제공을 그 목적으로 한 것으로서, 특히 표면특성이 우수하고 난연성이 우수한 특성을 지닌 이축연신 폴리에스테르 필름의 제공을 목적으로 한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 필름의 일 단면도.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 기재 수지로 한 3층 구조의 폴리에스테르 필름에 있어서, 3층 구조가, 표면의 60도 광택도가 100% 이상인 유광층(A층), 무기입자 5∼30 중량% 및 형광증백제를 0.5 중량% 이하 함유하는 층(B층), 표면의 60도 광택도가 50% 이하인 무광층 (C층)의 3층(A층/B층/C층) 구조를 갖고, 상기층들 중 적어도 한개층에 난연제를 0.01∼5 중량% 함유한 구조로 된 이축연신 폴리에스테르 필름을 개시한다.
이하에서 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 3층 구조의 적층 폴리에스테르 필름은 단층 백색 폴리에스테르 필름 공정기술을 기조로 하여 공압출 기술을 접목시킴으로서 가능하다. 최근에는 광폭 폴리에스테르 생산라인이 일반화되고 있으므로 다량의 무기입자를 충전한 백색 폴리에스테르 필름을 제조하기 위해서는 고도의 공정기술이 선행되어야 한다. 다량의 충전된 이산화티타늄이나 황산바륨과 같은 무기입자는 매트릭스의 고유점도를 저하시키므로 폴리에스테르 매트릭스의 고유점도를 적정 수준으로 유지해야하는데, 점도가 너무 낮으면 필름 제조시 파단이 발생할 가능성이 높다. 또한 다량 함유된 무기입자는 캐스팅 공정시 고분자 용융물의 핵제로 작용하므로 결정화제어기술이 요구된다. 본 발명에 사용가능한 이산화티타늄의 평균 입자크기는 0.05∼5㎛ (더욱 좋게는 0.1∼0.5㎛)범위가 선호된다. 입자 크기가 0.05㎛ 미만이면 입자 응집으로 필름 내의 입자 분산성 저하를 가져오고, 입자크기가 5㎛ 초과하면 입자-입자 및 입자-매트릭스 간의 상호작용력이 약해서 연신공정시 기포 생성이 많아 공정 불안정의 원인이 된다. 한편 이산화티타늄의 충전량은 5∼30 중량% (더욱 좋게는 10∼20 중량%)범위가 선호된다. 충전량이 5 중량% 미만이면 백색도가 낮고 은페력이 적정 요구치에 이르지 않으며, 충전량이 30 중량% 초과하면 고분자의 유동특성이 변하고 (예를 들면, 용융물의 스웰링 현상의 저하, 용융물의 새깅 현상의 증가), 연신성이 저하되어 제막공정시 어려움이 야기된다.
아울러 본 발명에 사용되는 형광증백제로는 비스벤족사졸계, 구체적으로는 2,2′-(1,2-에테네디일디-4,1-페닐렌)비스벤족사졸등이 있으며, 첨가량은 0.005∼0.5 중량%(더욱 좋게는 0.05∼0.2 중량%)범위가 선호된다. 첨가량이 0.005 중량% 미만인 경우는 증백효과가 미미하고, 첨가량이 0.5 중량% 초과시에는 과다한 반사율에 의해 백색도가 감소한다.
또한 본 발명에 사용되는 이산화 실리콘은 평균 입자크기가 1∼10㎛ (더욱 좋게는 2∼5㎛)범위가 바람직하며, 첨가량은 0.1∼5 중량% (더욱 바람직하게는 0.5∼1중량%)범위가 바람직하다. 첨가량이 많더라도 평균 입자크기가 1㎛ 미만이거나 또는 평균 입자크기가 크더라도 첨가량이 0.1 중량% 미만이면, 충분한 소광성 및 인쇄성을 얻기 힘들다. 반대로 비교적 큰 입자 (10㎛ 초과)를 다량 (5 중량% 초과) 함유하면 제막성이 떨어진다.
한편, 본 발명에서 필름의 난연성을 향상시키기 위해 사용되는 난연제로는 알루미나 트리하이드레이트계, 할로겐계, 인계, 할로게이티드 인계의 첨가형 난연제 또는 반응형 난연제 등이 있다. 알루미나 트리하이드레이트계 난연제는 가연성을 충분히 억제하기 위해서는 다량 첨가가 필요하다. 알루미나 트리하이드레이트계 난연제는 가격이 싸고, 불완전 연소를 일으키지 않으므로 연기나 유독성 가스를 상당히 증가시키지 않거나 감소시키는 효과가 있다. 할로겐 화합물이 난연성을 부여하는 데 효과적이라는 사실은 잘 알려져 있고, 그 효과의 순서는 I > Br > Cl > F 이다. 이 중에서 요오드 화합물은 가장 효과적인 지연제이지만, 가격이 비싸고 수지에 적용하기에는 열안정성이 부족하므로 주로 브롬 화합물과 염소 화합물이 사용된다.
예를 들면, 첨가형 난연제 또는 염소화 파라핀계, 염소화 사이크로 지방족계, 브롬화 방향족계, 브롬화 방향족 고분자계 등이 있으며, 반응형 난연제로는 크로렌딕 애시드, 크로렌딕 안하이드라이드, 테트라브로모비스페놀, 테트라브로모프테릭 안하이드라이드 등이다. 인계 난연제로는 인산, 인산염 등이 있으며, 구체적인 예를 들면, 암모늄 포스페이트계, 암모늄 포스페이트 고분자계, 알킬 포스포네이트계, 알킬 포스페네이트계, 트리아릴 포스페이트계, 할로게네이티드 알킬 포스포네이트계, 할로게네이티드 알킬 포스페이트계, 포스포늄염계, 포스페젠계 등이 있다. 이외에 사용되는 난연제로는 안티모니 트리옥사이드, 안티모니 펜톡사이드와 같은 안티모니 옥사이드 화합물과 보론 산, 보론 염과 같은 보론 화합물 등 여러 화합물이 입자 충진 필름의 인화성을 제어하기 위하여 적용될 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 난연제를 A층/B층/C층 구조의 층들 중 적어도 한개 층에 0.01∼5중량% 함유시키는데, 이때 0.01 중량% 미만 함유에서는 난연성 향상이 미흡하고, 5중량% 초과시에는 필름의 기계적 물성이 저하된다.
이하에서 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하며, 여기에서 측정되는 중요 물성 중, 60도 광택도는 ASTM D 523의 방법으로 측정하고, 필름의 난연성은 LOI 값으로 평가하는데 LOI는 인화 연소에 필요한 산소의 최소 농도를 부피%로 나타낸 수치이다. 높은 LOI 값은 낮은 인화성을 나타낸다. 14cmx6cmx25㎛의 시료를 LOI Flammability Unit를 사용하여 LOI 값을 측정하였다.
[실시예 1∼실시예 4]
입자를 함유하지 않은 고유점도 0.65dl/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM1로 하고, 평균 입자크기 0.3㎛인 이산화티타늄 50 중량% 및 형광증백제 (OB-1)을 0.15 중량% 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM2로 하고, 평균 입자크기 4㎛인 이산화실리콘을 5 중량% 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM3으로 하고 평균 입자크기 2㎛인 이산화실리콘을 5중량% 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM4로 하고 인계 난연제를 0.7중량% 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM5으로 한다. 상기의 원료 PM1, PM2, PM3, PM4, PM5를 표 1에 나타낸 중량% 비율로 건조 후 피이드 블록에서 3층으로 적층 및 공압출 다이를 통해 압출하여 캐스팅 드럼에서 냉각시켜 쉬트를 제조하였다. 이 쉬트를 종방향으로 75∼130℃의 온도 범위에서 3.0배 연신 후 횡방향으로 90∼145℃의 온도 범위에서 3.3배 연신하고, 215∼235℃의 온도 범위에서 열처리를 행하여 평균 두께 50㎛의 필름들을 얻었다.
[비교예 1]
입자를 함유하지 않은 고유점도 0.65dl/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM1로 하고, 평균 입자크기 0.3㎛인 이산화티타늄 50 중량% 및 형광증백제 (OB-1)을 0.15 중량% 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM2로 한다. 상기의 원료 PM 1, PM 2를 표 1에 나타낸 중량% 비율로 건조 후 단층으로 압출하여 캐스팅 드럼에서 냉각시켜 쉬트를 제조하였다. 이 쉬트를 종방향으로 75∼130℃의 온도 범위에서 3.0배 연신 후 횡방향으로 90∼145℃의 온도 범위에서 3.3배 연신하고, 215∼235℃의 온도 범위에서 열처리를 행하여 평균 두께 50㎛의 필름을 얻었다.
[비교예 2]
입자를 함유하지 않은 고유점도 0.65dl/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM1로 하고, 평균 입자크기 0.3㎛인 이산화티타늄 50 중량% 및 형광증백제 (OB-1)을 0.15 중량% 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM2로 하고, 평균 입자크기 4㎛인 이산화실리콘을 5 중량% 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 원료 PM3으로 한다. 상기의 원료 PM1, PM2, PM3을 표 1에 나타낸 중량% 비율로 건조 후 단층으로 압출하여 캐스팅 드럼에서 냉각시켜 쉬트를 제조하였다. 이 쉬트를 종방향으로 75∼130℃의 온도 범위에서 3.0배 연신 후 횡방향으로 90∼145℃의 온도 범위에서 3.3배 연신하고, 215∼235℃의 온도 범위에서 열처리를 행하여 평균 두께 50㎛의 필름을 얻었다.
[표 1]
한편, 상기 실시예 및 비교예에서 사용된 입자종류, 입자량 및 난연제 함량을 하기 표 2에 나타내었으며, 또한 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 필름들의 광택도 및 난연성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
[표 2]
[표 3]
상기 실시예 및 비교예에서도 확인되듯이 본 발명에 따른 이축연신 폴리에스테르 필름은 종래의 제품에 비해 표면특성이 우수하고 난연성이 뛰어난 특성을 지니기 때문에, 프린팅, 이미징, 광고, 전시용도 등 광범위한 용도에 적용이 가능한 장점을 지닌다.

Claims (7)

  1. 폴리에틸렌테레프탈레이트를 기재수지로 한 3층 구조의 폴리에스테르 필름에 있어서, 3층 구조가, 표면의 60도 광택도가 100% 이상인 유광층 (A층), 무기입자 5∼30중량% 형광증백제를 0.5 중량% 이하 함유하는 층 (B층) 및 표면의 60도 광택도가 50% 이하인 무광층 (C층)의 3층 (A층/B층/C층) 구조로 되어있고, 상기 층들 중 적어도 한개 층에 난연제가 0.01 내지 5 중량% 함유된 것을 특징으로 하는 이축연신 폴리에스테르 필름.
  2. 제 1항에 있어서, 난연제는 알루미나 트리하이드레이트계, 할로겐계, 인계, 할로게이티드 인계 등의 첨가형 난연제 또는 반응형 난연제 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 이축연신 폴리에스테르 필름.
  3. 제 1항에 있어서, 무기입자는 평균입자크기가 0.1∼10㎛인 것을 특징으로 하는 이축연신 폴리에스테르 필름.
  4. 제 1항에 있어서, 무기입자는 이산화티타늄 및 황산바륨 중에서 선택된 단독입자 또는 혼합입자인 것을 특징으로 하는 이축연신 폴리에스테르 필름.
  5. 제 1항 있어서, A층은 평균입자크기 0.05∼5㎛의 실리카입자를 0.5 중량% 이하 함유한 것을 특징으로 하는 이축연신 폴리에스테르 필름.
  6. 제 1항 있어서, C층은 평균입자크기 0.5∼20㎛의 실리카입자를 0.5∼10 중량% 함유한 것을 특징으로 하는 이축연신 폴리에스테르 필름.
  7. 제 1항에 있어서, 형광증백제는 비스벤족사졸계인 것을 특징으로 하는 이축연신 폴리에스테르 필름.
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