KR101123589B1 - 다공성 플라스틱 필름의 제조방법 및 플라스틱 필름 - Google Patents

다공성 플라스틱 필름의 제조방법 및 플라스틱 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성 플라스틱 필름의 제조방법 및 다공성 플라스틱 필름에 관한 것이다. 플라스틱 필름은 중합체 함유 기재 물질과 첨가제를 포함하는 원료 블렌드로부터 제조한다. 필름 예비성형물을 연신시킴으로써, 필름 내에 기공이 발생한다. 첨가제는 POS(S) 화합물을 포함한다,
다공성 플라스틱 필름, 연신가능한 예비성형물, 예비성형물, 기재 물질, 첨가제, 원료 블렌드, 기공.

Description

다공성 플라스틱 필름의 제조방법 및 플라스틱 필름{Method of producing a porous plastic film, and plastic film}
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본 발명은 중합체 함유 기재 물질과 첨가제를 포함하는 원료 블렌드로부터 연신가능한 예비성형물을 제조한 다음, 제조된 예비성형물을 연신시켜 독립 기공을 포함하는 필름을 형성하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 추가로 기재 물질과 첨가제를 혼합된 형태로 함유하는 원료 블렌드로부터 제조되며, 플라스틱 필름 구조물 내에 다수의 기공이 배열되어 있는 다공성 플라스틱 필름에 관한 것이다.
다공성 플라스틱 필름은 팩킹 재료, 밀봉재, 단열재, 방습재, 방음재, 인쇄물용 기재 물질 등으로서 다수의 용도를 갖는 것으로 알려져 있다. 다공성 플라스틱 필름이 고체 필름에 비해 플라스틱 재료를 절약할 수 있기 때문에, 다공성 플라스틱 필름이 사용되기도 한다. 게다가, 다공성 플라스틱 필름의 표면이 부드럽고 감촉이 좋기 때문에, 다수의 제품에 상당히 유리하다.
다공성 플라스틱 필름의 최신 제품 중의 하나는 전자기계 필름(electromechanical film)으로서, 공지된 제품의 일례로 EMFi 필름[일렉트로 메카니컬 필름(Electro Mechanical Film)]이 있다. 전자기계 필름에서, 동적 기계 에너지 또는 음향 에너지는 이의 내부에 전하를 발생시키거나 변화시키거나, 또는 이와 반대로 발생시키는데, 즉 전기 에너지는 이동, 진동 또는 소리로 전환된다. 이러한 필름은, 예를 들면, 미국 특허 제4,654,546호에 기재되어 있다.
EMFi 필름은 통상 30 내지 100㎛ 두께로 얇으며, 밀폐 공동들을 포함하고, 일렉트렛(electret)으로서 작용하는 폴리프로필렌 필름이다. 일렉트렛은, 물체의 표면이 전기전도성이 아닌 경우에 영구 전하를 가지며 물체의 표면 외부에 전기장을 발생시키는 물체로서, 본원에서는 필름을 나타낸다. 현재, 필름은 이러한 목적을 위해 제조된 폴리프로필렌 플라스틱 예비성형물로부터 이축 연신시켜 다공성 구조물을 갖추고 있다. 예비성형물은, 필름의 매트릭스 부분을 구성하며 탄산칼슘 입자 또는 또 다른 상응하는 무기 충전제가 혼합되어 있는 폴리프로필렌(PP)을 포함한다. 무기 충전제 입자들은 매트릭스 플라스틱에 파열 부분들 또는 불연속 부분들의 핵으로 작용하며, 배향 동안 매트릭스 성형품 속에서 발생되는 다수의 독립 기공들 또는 밀폐 공동들의 원인이 된다. 연신시킨 후에, 예를 들면, 직류 코로나 처리한 다음, 필름의 적어도 한면을 금속화시킴으로써 다공성 필름을 전기적으로 하전시킨다.
전자기계 필름은, 예를 들면, 마이크로폰 및 확성기, 초음파 감지기, 하이드로폰(hydrophone), 일렉트레틱 에어 필터(electretic air filter), 키보드 및 작업 스위치, 이동 감지기, 동적 잡음 억제 제품, 자가 접착 포스터 등, 압력 센서, 힘(force) 센서, 가속 센서, 바람과 비 감지기, 위치 감지용 바닥 표면재 등의 제품으로 제안되어 왔다.
공지된 이축 연신 다공성 필름의 제조와 관련된 문제점은, 대부분의 열안정성 플라스틱을 사용하여서는 목적하는 미세구조화된 기공 구조물을 생성하기는 매우 어렵다는 점이다.
추가의 문제점은 단지 소수의 플라스틱 재료만이, 필름용 제조 물질로서 사용하기에 적합하다는 점이다. 폴리프로필렌(PP)이 주로 사용된다.
공지된 다공성 전자기계 필름과 관련된 추가의 문제점은, 상당히 장시간 동안 온도가 상승하는 경우, 이들의 전자기계 상수(d33)가 상당히 영구적으로 감소하고, 용도에 따라 필름의 사용 온도를 50 내지 60℃로 제한한다는 점이다.
발명의 간단한 기술
본 발명의 목적은 다공성 플라스틱 필름을 제조하는 신규하고 개선된 방법, 및 상기한 문제점을 제거한 다공성 플라스틱 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 방법은 첨가제가 POS(S) 화합물을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 플라스틱 필름은 첨가제가 POS(S) 화합물을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 이점은 POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane: 다면체성 올리고머 실세스퀴옥산) 또는 POS(Polyhedral Oligomeric Silicate: 다면체성 올리고머 실리케이트) 화합물을 포함하는 예비성형 물질이 배향되는 경우, 필름이 극도로 미세한 구조의 기공 구조를 가져서, 특히 전자기계 제품에서 필름의 전자기계 응답과 감도를 개선시킨다는 것이다. 이와 관련하여, 본원에서, POSS 및 POS 화합물에 대해 약어 POS(S)가 사용될 것이다. 추가의 이점은 다공성의 매트릭스 중합체 구조물에 대해 POS(S)를 적합하게 선택함으로써, PP 이외의 다수의 다른 중합체로부터, 특히 다공성 전자기계 필름 및/또는 일렉트렛 필름을 제조할 수 있다는 점이다. 추가의 이점은, POS(S) 화합물을 포함하는 필름의 전자기계 상수(d33)가 보다 열적으로 안정하며, 즉 온도가 상승할 때, d33이 공지된 필름에서보다 실질적으로 보다 서서히 감소되는데, 즉 전자기계적 POS(S) 화합물을 포함하는 필름이 유사한 공지된 필름보다 더 높은 작동 온도에서 사용될 수 있다는 점이다.
본 발명은 첨부된 도면들에 보다 상세히 기술된다.
도 1은 본 발명에 따르는 플라스틱 필름의 단면의 일부에 대한 SEM 이미지를 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 플라스틱 필름의 전자기계 상수를 시간에 따른 함수로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제2 양태 및 제3 양태에 따르는 플라스틱 필름의 전자기계 상수를 시간에 따른 함수로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제4 양태에 따르는 플라스틱 필름의 단면의 일부에 대한 SEM 이미지를 나타낸다.
발명의 상세한 설명
도 1은 본 발명에 따르는 플라스틱 필름의 단면의 일부에 대한 SEM(주사 전자 현미경) 이미지를 나타낸다. 도면은 750배 확대한 것이다. 필름의 두께는 약 100㎛이다. 필름의 단면이 필름의 표면 방향으로 배향되어 있는 다수의 렌즈형 독립 기공들로 가득차있다.
필름은 POS(S) 화합물이 첨가되어 있는 중합체를 포함하는 기재 물질로부터 제조한다.
POS(S) 화합물
당해 문맥에서, POSS(다면체성 올리고머 실세스퀴논)와 POS(다면체성 올리고머 실리케이트) 화합물을 둘 다 나타내는 POS(S)는 실험식 RSiO1.5(여기서, R은 유기 치환체, 예를 들면, 수소, 실록시 또는, 반응성 관능 그룹, 예를 들면, 알코올, 에스테르, 아민, 케토, 올레핀, 에테르 또는 할라이드 그룹을 추가로 함유할 수 있는 사이클릭 또는 선형 지방족 또는 사이클릭 또는 선형 방향족 그룹이다)를 갖는 한 세트의 나노구조물로 이루어진다. POS(S)의 기본 구조물은 R 그룹이 결합되어 있는 다면체성 Si-O 주쇄를 포함한다. 단지 단일 유형의 R 그룹만을 함유하는 동종리간드성 POS(S) 화합물과 다수의 상이한 R 그룹을 함유하는 이종리간드성 POS(S) 화합물이 공지되어 있다.
실온에서, POS(S)는 고체 또는 액체이다. 기재 물질과 혼합되는 경우, 고체 POS(S)는 혼합 공정의 파라미터에 따라, 용융되거나 고체 상태로 유지된다. 예를 들면, 다음 POS(S) 화합물을 본 발명에 적용할 수 있다: 도데카페닐-POSS C17H60O18Si12, 이소옥틸-POSS [Me3CCH2CH(Me)CH2]nTn(여기서, n은 8, 10 또는 12이다), 옥타사이클로헥실-POSS C48H88O12Si8, 옥타사이클로펜틸-POSS C40H72O12Si8, 옥타이소부틸-POSS C32H72O12Si8, 옥타메틸-POSS C8H24O12Si8, 옥타페닐-POSS C48H40O12Si8, 옥타-TMA-POSS C32H96O20Si8ㆍ~60H2O, 도데카트리플루오로프로필-POSS C36H48F36O18Si12, 옥타트리메틸실록시-POSS C24H72O20Si16, 펜에틸-POSS(PhCH2CH2)nTn(여기서, n은 8, 10 또는 12이다), 펜에틸이소부틸-POSS C36H72O12Si8. 본원에 나타낸 화합물은 단지 적합한 POS(S) 화합물의 단지 몇몇 예이다. 기타 POS(S) 화합물은 본 발명의 상이한 양태로 매우 잘 이용될 것이다.
POS(S) 화합물은, 예를 들면, 우선 출원이 미국 특허원 제60/192,083호인 국제 공개공보 제WO 01/072885호에 기재되어 있다.
기재 물질
기재 물질은 폴리프로필렌(PP), 또는 적어도 일축 연신될 수 있는 몇몇 기타 열가소성 중합체, 공중합체 또는 중합체 블렌드일 수 있다. 사이클릭 올레핀 공중합체(COC), 사이클릭 올레핀 중합체(COP), 폴리메틸펜텐(PMP), 예를 들면, TPXR, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부텐 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 나프탈레이트와 폴리에테르이미드의 블렌드(PEN/PEI)를 예로 들 수 있다.
전자기계 다공성 필름 및/또는 다공성 일렉트렛 필름에 대한 기재 물질로서, 적어도 일축 연신이 바람직하게는 적어도 3배 길이로 연신될 수 있는 임의의 플라스틱이 일반적으로 적합하다. 이 결과, 충분히 편평한 다공성 구조물이 형성된다. 연신과 관련하여, 플라스틱 분자가 배향될 수 있다. 또한, 플라스틱은 충분히 낮은 전도도를 가져야 하고, 실질적으로 수분을 흡수할 수 없다. 플라스틱의 유전 강도가 충분해서, 직류 전하와 관련된 기공에서 부분 방전이 발생한다. 또한, 필름의 최종 용도를 고려하여, 플라스틱은 충분한 열안정성을 가져야 한다.
기재 물질은 중합체 뿐만 아니라, 당해 기술분야의 숙련가에게 익히 공지되어 있는 첨가제, 혼합물 및 충전제를 자연스럽게 함유할 수 있다.
실시예 1
도 1에 나타낸 필름은 다음과 같이 제조된다:
기재 물질의 중량을 기준으로 하여 첨가제의 양이 20중량%가 되도록, 기재 물질인 보클린(Borclean) HB300BF와 POS(S) 첨가제인 하이브리드 플라스틱스(Hybrid Plastics) MS0830을 블렌딩하여, 블렌드를 제조하였다. 하이브리드 플라스틱스 MS0830은 옥타메틸-POSS로서, 이의 화학식은 C8H24O12Si8이다. 브라벤더 플라스티코더 장치(Brabender Plasticorder device)의 블렌딩 부분을 사용하여 블렌딩하였다. 블렌더의 설정 온도는 190℃이었고, 첨가제를 첨가하는 동안 회전 속도는 70분-1이었고, 첨가 후 회전 속도는 100분-1이었다. 블렌딩 시간은 15분이었다. 블렌딩 동안, POS(S)를 고체 상태로 유지하면서 PP를 용융시킨다.
압출기 베르스토퍼(Berstorff) ZE 25 ×48 D 이축 압출기를 통해 연속 2회 구동시켜, 블렌딩 결과로서 수득한 블렌드를 압축하였다. 압출기의 설정 온도는 200℃이었고, 회전 속도는 200분-1이었다. 이와 같이 수득한 플라스틱 필름 원료 블렌드 중, 플레이트형 예비성형물은 일축 압출기인 브라벤더 플라스티코더로 압출시켜 제조하였다. 제조된 예비성형물의 두께는 1,200㎛이었다.
예비성형물은 이축 연신기인 랩 스트레처 카로(Lab stretcher Karo) IV로 연신시켰다. MD(종방향)와 TD(횡방향) 둘 다에서 연신 속도 15m/분에서의 연신 비는 4.8:1이었다. 예비성형물의 온도는 약 155℃이었다. 연신시킨 결과, 놀랍게도 상당한 렌즈형 독립 기공들이 필름내에 생성되었으며, 이의 단면이 도 1에 도시되어 있는 필름을 수득하였다. 당해 필름은 매우 가요성이며 연성이다.
일반적으로, 필름의 내부는 주로 기재 물질로 이루어진 매트릭스와 가스 함유 기공을 포함하는 2상(diphase) 구조를 갖는다. 필름 표면 방향에서의 기공 치수는 약 10 내지 100㎛이다. 기공은 POS(S)를 포함하는 응집물을 갖는데, 이의 직경은 통상 5㎛ 미만이다. EDS 분석(전자 분산 분광학)을 기본으로 하여, 매트릭스는 POS(S)도 함유한다. 그러나, POS(S) 입자를 도 1에 나타낼 수 없을 만큼 매우 작은 입자로 분산되어 있다.
매트릭스의 모듈이, 첨가제의 첨가 결과로서 증가된다는 것이 또한 관찰되었다. 이는 POS(S) 화합물이 매트릭스 내로 분산됨을 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
필름은 직류 코로나 처리에 의해 하전되었다. 여기서, 접지 전위(ground potential)와 관련된 기재 플레이트는, 처리될 필름을 고정시킬 때 사용되었다. 하나의 코로나 피크 전극이 샘플로부터 수cm 떨어져서 배열되었다. 필름에 55kV 직류 전압을 2 내지 5초 동안 가하였다. 충전은 필름 구조에 따라 넓은 코로나 전압 범위(예: 15 내지 60kV) 내에서 상이한 가스 대기 및 가스 압력하에 수행될 수 있다.
코로나 처리 후에, Au-표적-전극을 사용하여 저온 스퍼터링시켜 하전된 필름 표면에 전도성 전극 소자를 제조하였다.
필름 특성
도 2는 도 1에 나타낸 플라스틱 필름의 전자기계 상수(d33)를 에이징 시간의 함수로서 나타낸다. 당해 기술분야의 숙련가에게 명백할지라도, d33은 필름의 두께 방향에서 측정한 필름의 전자기계 상수를 나타냄을 확인시키고자 한다. 도면에서, 당해 필름은 식별기호 '필름 1'로 나타낸다. 참조물 1은 첨가제로서 통상의 무기 충전제를 갖는 선행 분야의 PP이다. 에이징 온도는 60℃이었다.
d33 측정은 전하 증폭기를 사용하여 수행하였다. 6개의 상이한 측정 지점에서 금색 샘플을 측정하였는데, 처음 세 개의 위치는 샘플의 상부 표면에 존재하고, 샘플의 제1 측정 지점과 동일한 지점을 제외하고는 두번째 세 개의 위치는 하부 표면에 존재한다. 측정시 샘플에 작용한 사인 동적 하중(sinusoidal dynamic force) 의 진동수는 2Hz이고, 진폭은 1.5N이었다.
도 2는 본 발명에 따르는 필름이, 이의 하전 수준을 통상의 필름보다 상당히 더 우수하게 유지함을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따르는 필름은 실질적으로 더 높은 온도에서 사용될 수 있어서, 필름의 실행가능한 제품의 수를 상당히 넓힌다.
도 3은 본 발명의 제2 양태와 제3 양태에 따르는 필름의 전자기계 상수(d33)를 에이징 시간의 함수로서 개략적으로 나타낸다. 당해 필름은 식별기호 '필름 2'및 '필름 3'으로 나타낸다. 필름의 기재 물질은 다음의 2개의 성분들로 이루어진다: 토파스(Topas) 6015 및 토파스 8007. 당해 물질 둘 다는 사이클릭 올레핀 공중합체(COC)에 속한다. 필름 2는 다음 실시예 2에 따라 제조되고, 필름 3은 실시예 3에 따라 제조된다. 참조용 필름인 참조물 3은 실시예 3에 따른 필름이고, 여기서 첨가제는 POS(S) 화합물은 아니지만, 통상의 무기 충전제가다.
실시예 2
필름 2는 다음과 같이 제조되었다:
첨가제인 하이브리드 플라스틱 MS0830 15중량%(중합체의 중량 기준)를 토파스 6015와 블렌딩하였다. 블렌딩은 브라벤더 플라스티코더 블렌더에서 수행하였는데, 이때의 설정 온도는 260℃이고 첨가제 투여 단계에서의 회전 속도는 70분-1에 이어 120분-1이었다.
압출기 베르스토퍼 ZE 25 ×48 D 이축 압출기를 통해 연속 2회 구동시켜 블 렌드를 압축시킴과 동시에, 압축의 결과로서 수득한 필름의 원료 블렌드 내에 토파스 6015 대 토파스 8007의 비가 80/20이도록, 플라스틱 물질의 중량을 기준으로 하여, 약 9중량%의 토파스 8007 플라스틱 물질을 블렌드에 첨가하였다.
스크류의 제1 부분에서의 압출기 설정 온도는 270℃이었고, 스크류의 나머지 부분에서의 압출기 설정 온도는 250℃이었으며, 회전 속도는 200분-1이었다.
배합의 결과로서 수득한 원료 블렌드를 브라벤더 플라스티코더 압출기를 사용하여 플레이트형 예비성형물로서 압출시켰다. 예비성형물의 두께는 약 740㎛이었다.
예비성형물을 이축 연신기인 랩 스트레처 카로 IV로 연신시켰다. MD(종방향)와 TD(횡방향) 둘 다에서의 연신 비는 3이었다. 예비성형물의 온도는 약 169℃이었고, 연신 속도는 0.5m/분이었다.
연신시킨 후에, 가스 확산법을 사용하여 필름을 팽창시켰다. 팽창의 포화 단계를 95분 동안 지속시켰고, 이때의 온도는 50℃이고 압력은 60bar이었다. 팽창 단계에 이은 포화 단계를 상압하에 0.5분 동안 지속시켰고, 이때의 온도는 140℃이었다. 팽창 전의 필름 두께는 약 88㎛이었고, 팽창 후의 필름 두께는 약 99㎛이었다.
실시예 2에서 제조한 필름 구조는 도 1에 나타낸 필름 구조와 유사하였다.
코로나 처리하여 필름을 하전시키고, 실시예 1과 관련하여 기재된 방식으로 양면에 금속화하였다. 전자기계 상수도 상기한 방식으로 측정하였다.
도 3에서 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따르는 필름의 전기기계 상수(d33)를 나타내는 필름 2의 d33은 통상의 참조용 필름의 d33보다 실질적으로 더 높다.
실시예 3
필름 3은 다음과 같이 제조하였다:
블렌드 내의 당해 성분들의 비가 90/10중량%인 경우를 제외하고는, 기재 물질은 재료 토파스 6015와 토파스 8007과의 블렌드로부터 제조하였다.
블렌딩 시간이 12분이라는 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 같은 동일한 장치와 블렌딩 파라미터를 사용하여 동일한 방식으로 블렌드를 제조하였다.
블렌드를 압출기를 통해 2회 구동시켜 압축하였는데, 이때 스크류의 제1 부분에서의 압출기의 설정 온도는 270℃이었고, 스크류의 나머지 부분에서의 압출기의 설정 온도는 250℃이었으며, 회전 속도는 200분-1이었다. 동시에, 토파스 8007 물질을 상기 블렌드에 첨가하였다. 배합의 결과로서 수득한 필름의 원료 블렌드 내에서 토파스 6015 대 토파스 8007의 비는 90/10이었고, 첨가량은 플라스틱 물질의 중량을 기준으로 하여, 10중량%이었다.
배합의 결과로서 수득한 원료 블렌드를 브라벤더 플라스티코더 압출기를 사용하여 플레이트형 예비성형물로서 압출시켰다. 예비성형물의 두께는 약 780㎛이었다.
예비성형물을 이축 연신기인 랩 스트레처 카로 IV로 연신시켰다. MD 방향과 TD 방향에서의 연신 속도는 0.5m/분이고, 연신 비는 3.1:1이었다. 예비성형물의 온도는 164℃이었다.
이축 연신 필름을 팽창시켰다. 포화 단계의 압력을 40bar이었고, 포화 시간은 60분이었으며, 포화 온도는 60℃이었다. 상압하에 팽창 단계의 온도는 145℃이었고, 0.5분 동안 지속하였다. 팽창 전의 필름 두께는 약 78㎛이었고, 팽창 후의 필름 두께는 약 86㎛이었다.
코로나 처리하여 필름을 하전시킨 다음, 실시예 1과 관련하여 기재되어 있는 방식으로 전극 물질로 피복시켰다. 전기기계 상수도 상기한 방식으로 측정하였다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 3에서 제조한 필름의 전기기계 상수(d33)는, 첨가제가 POS(S) 화합물이 아닌 통상의 무기 충전제인 상응하는 필름에 비해 매우 서서히 감소한다.
실시예 4
도 4는 본 발명의 제4 양태에 따르는 플라스틱 필름의 단면의 일부에 대한 SEM 이미지를 나타낸다.
도 4에 나타낸 필름은 다음과 같이 제조하였다:
기재 물질의 중량을 기준으로 하여 첨가제의 양이 15중량%이도록, COC 중합체인 토파스 6015 기재 물질과 첨가제인 하이브리드 플라스틱스 MS0825를 블렌딩하여, 블렌드를 제조하였다. 브라벤더 플라스티코더 장치의 블렌딩 부분을 사용하여 블렌딩하였다. 블렌더의 설정 온도는 250℃이었고, 전체 블렌딩 동안 회전 속도는 70분-1이었다. 블렌딩 시간은 12분이었다. 블렌딩 동안, 기재 물질과 POS(S) 첨가제가 둘 다 용융되었다. MS0825는 융점이 55℃와 269℃인 다형 물질이다.
블렌딩의 결과로서 수득한 블렌드를, 압출기 베르스토퍼 ZE 25 ×48 D 이축 압출기를 통해 연속 2회 구동시켜 압축시키고, 동시에 COC 중합체인 토파스 8007 기재 물질의 블렌드에 첨가하였다. 스크류의 제1 부분에서의 압출기 설정 온도는 275℃이었고, 스크류의 나머지 부분에서의 압출기 설정 온도는 270℃이었으며, 회전 속도는 200분-1이었다.
배합의 결과로서 수득한 원료 블렌드는, 토파스 6015 대 토파스 8007의 비가 90/10이고, 첨가제의 양은 플라스틱 물질의 중량을 기준으로 하여, 10중량%이다. 일축 압출기인 브라벤더 플라트시코더를 사용하여 압출시킴으로써, 플라스틱 필름을 이러한 원료 블렌드로부터 제조하였다.
플라스틱 필름을 전단하고, 두께가 약 610㎛인 플레이트형 예비성형물로서 다시 압출시킨다. 예비성형물을 이축 연신기인 랩 스트레처 카로 IV로 연신시켰다. MD(종방향)과 TD(횡방향) 둘 다에서의 연신 비는 3.3이었다. 연신 속도는 1m/분이었고, 예비성형물의 온도는 약 162℃이었다. 필름 내에 극미세 기공 구조가 달성되었다.
연신시킨 후에, 가스 확산법을 사용하여 필름을 팽창시켰다. 팽창의 포화 단계를 51분 동안 지속시켰고, 이때의 온도는 60℃이고 압력은 20bar이었다. 팽창 단계에 이은 포화 단계를 상압하에 0.5분 동안 지속시켰고, 이때의 온도는 150℃이었다. 팽창 전의 필름 두께는 약 59㎛이었고, 팽창 후의 필름 두께는 약 102㎛이었다.
팽창시킨 결과, 이의 단면이 도 4에 도시되어 있는 필름을 수득하였다. 필름의 구조는 매우 다공성임이 관찰될 수 있다. POS(S)가 압축시 용융되었기 때문에, 용융물로부터 결정화되고 크기가 수십 nm에 이르는 POS(S) 응집물은 기공의 핵형성제로서 작용할 수 있다.
그러나, POS(S)가 공동형성제 발생 기공(cavitating agent generating pores)으로서 작용하는 메카니즘이 여전히 밝혀져야 한다. 한가지 대안은, 크기가 약 1 내지 2㎛의 범위인 POS(S) 응집물이 기공의 핵형성제로서 작용하는 것이다. 이보다 더 작은, 아마 수십 nm의 직경을 갖는 용해된 POS(S) 응집물 또는 개개의 POS(S) 분자는 매트릭스의 안정성을 증가시킨다. 또 다른 대안은, 당해 용해된 응집물 또는 개개의 분자들이 기공의 핵으로서 작용하는 것이다. 이러한 경우, SEM 이미지의 기공에 나타난 더 큰 POS(S) 응집물은 기공의 발생에 관해서는 실질적인 의미를 갖지 않을 것이다. 본 발명에 따르는 다공성 필름의 전자기계 특성이 열안정적인 이유 또한 설명되어야 한다. 이유는, 필름의 구조가 매우 다공성이기 때문일 수 있다. 그럼에도, 상기 언급한 바와 같이, 메카니즘을 명확히 해야한다.
실시예 5
기재 물질의 중량 기준으로 하여 첨가제의 양이 10중량%이 되도록, COC 중합체인 토파스 6015 기재 물질과 POS(S) 첨가제인 하이브리드 플라스틱스 MS0830을 블렌딩하여, 블렌드를 제조하였다. 블렌딩, 예비성형물의 제조방법, 연신 및 예비성형물의 팽창은 위에 기재되어 있는 원칙에 따라 수행하였다.
다공성 필름을 블렌드로부터 제조하였다.
연신 및 관련 기술은 단지 본 발명의 아이디어를 설명하기 위한 것이다. 본 발명의 상술은 청구의 범위 내에서 변할 수 있다. 따라서, 필름 두께는 제품에 따라 좌우된다: 전자기계 및/또는 일렉트렛 제품에서, 필름의 최대 두께는 필름 하전시 사용된 수단을 사용하여 측정한다. 통상적으로, 전자기계 필름의 두께는 200㎛ 미만, 바람직하게는 5 내지 150㎛, 보다 바람직하게는 20 내지 120㎛, 매우 바람직하게는 30 내지 70㎛이다. 전자기계 및/또는 일렉트렛 용도에서, 필름 두께의 실질적인 상한은 2 내지 3mm인데, 필름 하전시 사용한 전기 하전법에 의해 기술된다. 전자기계 용도 이외에서의 필름 두께는 실질적으로 더 크다. 당해 용도에서, 필름 두께의 상한은 제조 장치의 치수와 용량에 의해 기술된다. 본 발명에 따르는 필름은 자연적으로 나머지에 하나가 함께 결합되어, 생성물의 두께가 더 커진다. 예를 들면, 접착 또는 공지되어 있는 상응하는 방식 그 자체에 의해 결합시킬 수 있다.
한편, 본 발명은, 전자기계 에너지의 변화가 전기장에서의 필름의 두께 변화에 기초하는 전자기계 필름 제품 성형물을 제조할 수 있게 하거나, 전자기계 에너지의 변화가 전기장에서의 필름의 위치 변화에 기초하는 이러한 전자기계 필름 제품 성형물을 제조할 수 있게 한다. 이것은, 일반적으로 당해 기술분야의 숙련가에 게 그 자체로 공지되어 있는 원리이며, 따라서 본원에 보다 상세히 기술하지 않는다.
필름의 한면 또는 양면에 배열되어 있는 전도체 또는 전극은, 예를 들면, 진공 증착, 스퍼터링, 인쇄, 적층 또는 또 다른 상응하는 공지된 방법 그 자체에 의해 제조될 수 있다.
POS(S)는 중합체 쇄에 결합되어 있거나, 중합체 주쇄에 직접 결합되어 있거나 중합체 측쇄로서 결합되어 있는 하나 이상의 반응성 그룹을 함유할 수 있다.
POS(S)는 기재 물질과 담체와 함께 블렌딩될 수 있다. 담체는, 예를 들면, 충전제(예: 실리카)일 수 있는데, 담체의 입자 표면에 POS(S)가 결합되어 있다. 담체 제제로의 결합은, 예를 들면, POS(S) 화합물의 적합한 반응성 그룹을 통해 수행될 수 있다.
기재 물질의 중량을 기준으로 하여, POS(S) 화합물의 양은 0.1 내지 50중량%, 바람직하게는 10 내지 20중량%일 수 있다.
예비성형물은 압출 뿐만 아니라, 사출 성형 또는 또 다른 성형법을 사용하여 용액으로서 제조될 수 있다.
이축 연신에 사용된 연신 비는 연신될 예비성형물, 특히 연신될 물질에 따라, 바람직하게는 약 2:1 내지 8:1이다. 연신 비는 MD 방향과 TD 방향에서 상이할 수도 있다.
전자기계 필름은 필름에 대해 충분히 강한 전기장을 생성하는 모든 방법에 의해 하전될 수 있다.
실시예에 기재되어 있는 바와 같이, 경우에 따라, 필름을 팽창시킬 수 있다. 바람직하게는, 팽창 압력은 20 내지 60bar이다.

Claims (26)

  1. 중합체 함유 기재 물질과 첨가제를 포함하는 원료 물질 블렌드로부터 연신가능한 예비성형물을 제조하는 단계,
    제조된 상기 예비성형물을 연신시켜 기공을 포함하는 필름을 생성하는 단계 및
    다공성 필름 위로 전기장을 인가하여 상기 다공성 필름을 하전시키는 단계를 포함하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법으로서,
    상기 첨가제가 POS(S) 화합물[여기서, POS(S)는 POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane: 다면체성 올리고머 실세스퀴옥산) 및 POS(Polyhedral Oligomeric Silicate: 다면체성 올리고머 실리케이트) 둘 다를 지칭하는 약어임]을 포함함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 예비성형물을 이축 연신시킴을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 예비성형물을 2:1 내지 8:1의 연신 비로 연신시킴을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 POS(S)가 실온에서 고체 상태임을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 POS(S)를 이의 융점 미만의 온도에서 상기 중합체 함유 기재 물질과 블렌딩함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 POS(S)를 이의 융점을 초과하는 온도에서 상기 중합체 함유 기재 물질과 블렌딩함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 POS(S)가 실온에서 액체 상태임을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 POS(S)가 도데카페닐-POSS C17H60O18Si12, 이소옥틸-POSS [Me3CCH2CH(Me)CH2]nTn(여기서, n은 8, 10 또는 12이다), 옥타사이클로헥실-POSS C48H88O12Si8, 옥타사이클로펜틸-POSS C40H72O12Si8, 옥타이소부틸-POSS C32H72O12Si8, 옥타메틸-POSS C8H24O12Si8, 옥타페닐-POSS C48H40O12Si8, 옥타-TMA-POSS C32H96O20Si8ㆍ~60H2O, 도데카트리플루오로프로필-POSS C36H48F36O18Si12, 옥타트리메틸실록시-POSS C24H72O20Si16, 펜에틸-POSS(PhCH2CH2)nTn(여기서, n은 8, 10 또는 12이다) 및 펜에틸이소부틸-POSS C36H72O12Si8 중의 하나 이상의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 함유 기재 물질이 폴리프로필렌, 사이클릭 올레핀 공중합체, 사이클릭 올레핀 중합체, 폴리메틸펜텐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부텐 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 폴리에테르이미드 중의 하나 이상의 중합체를 포함함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 플라스틱 필름의 두께가 5 내지 200㎛임을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 POS(S)의 양이, 상기 중합체 함유 기재 물질의 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 50중량%임을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 가스를 사용하여 상기 필름에 포함된 기공들을 팽창시킴을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 필름의 적어도 한 면에서 전기 전도성 부재를 제조함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름의 제조방법.
  14. 기재 물질과 첨가제가 혼합된 형태로 함유하는 원료 블렌드로부터 제조된 다공성 플라스틱 필름으로서, 상기 플라스틱 필름의 구조물 내에 다수의 기공이 배열되어 있으며, 상기 기공은 상기 원료 블렌드로부터 제조된 예비성형물을 연신시켜 제조된 것이고, 상기 플라스틱 필름이 전기적으로 하전되어 있으며, 상기 첨가제가 POS(S) 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기공이 상기 예비성형물을 이축 연신시킴으로써 생성된 것임을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  16. 제14항에 있어서, 연신 비가 2:1 내지 8:1의 연신 비 범위임을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  17. 제14항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 기공들이 독립 기공들임을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  18. 제14항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 POS(S)가 도데카페닐-POSS C17H60O18Si12, 이소옥틸-POSS [Me3CCH2CH(Me)CH2]nTn(여기서, n은 8, 10 또는 12이다), 옥타사이클로헥실-POSS C48H88O12Si8, 옥타사이클로펜틸-POSS C40H72O12Si8, 옥타이소부틸-POSS C32H72O12Si8, 옥타메틸-POSS C8H24O12Si8, 옥타페닐-POSS C48H40O12Si8, 옥타-TMA-POSS C32H96O20Si8ㆍ~60H2O, 도데카트리플루오로프로필-POSS C36H48F36O18Si12, 옥타트리메틸실록시-POSS C24H72O20Si16, 펜에틸-POSS(PhCH2CH2)nTn(여기서, n은 8, 10 또는 12이다) 및 펜에틸이소부틸-POSS C36H72O12Si8 중의 하나 이상의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  19. 제14항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 기재 물질이 폴리프로필렌, 사이클릭 올레핀 공중합체, 사이클릭 올레핀 중합체, 폴리메틸펜텐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부텐 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 폴리에테르이미드 중의 하나 이상의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  20. 제14항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 필름의 표면들 중의 적어도 한 면이 적어도 부분적으로 전기 전도성 피복물로 피복되어 있음을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  21. 제14항에 있어서, 상기 필름이 전자기계 필름 및/또는 일렉트렛(electret) 필름임을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  22. 제21항에 있어서, 전자기계 에너지 변화가 상기 필름의 두께 변화를 통해 발생하도록 배열됨을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
  23. 제21항에 있어서, 전자기계 에너지 변화가 전기장에서의 상기 필름 위치의 변화에 기초함을 특징으로 하는, 다공성 플라스틱 필름.
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  25. 삭제
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