KR100235565B1 - 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 이축연신 및 열처리한 필름의 보잉현상을 억제하는 것이 가능하고 필름의 폭 방향에 따라서 균일한 물리적 성질을 가지며 평탄성이 뛰어나고 충분히 열고정된 필름을 제조할 수 있게 하는 새로운 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법에 관한 것이다.

Description

축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법

본 발명은 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 축차 이축 연신 방식으로 이축 연신 및 열처리한 필름의 보잉현상을 억제하는 것이 가능하고, 필름의 폭 방향을 따라서 균일한 물리적 성질을 갖는 플라스틱 필름의 제조방법에 관한 것이다.

이축 연신 플라스틱 필름을 제조함에 있어서 연신 후 열처리를 행하여 치수 안정성을 확보하게 되는데, 이때 열처리는 대부분 필름 양끝을 잡고서 가열된 오븐 속을 통과시키는 텐터 오븐 열처리 방식이 일반적으로 널리 사용되고 있다. 종래 이축 연신 필름의 제조방법에 있어서, 종연신에 이어서 텐터에 의한 횡연신이 되는 축차 이축 연신방법 및 종방향과 횡방향을 동시에 연신하는 방법에 있어서도 필름의 종방향과 폭방향의 물성차를 작게 하는 것이 곤란하였다.

특히 축차 이축 연신방법에서는 통상 필름 폭방향에 따라서 물성이 달라지는데, 즉 필름의 중앙부분과 필름의 측단부분에서 분자 배향상태가 달라진다. 이러한 현상은 연신 필름을 열처리 할 때에 큰 수축응력이 발현되고, 이 수축응력의 영향이 필름의 폭방향 위치에 따라서 변화한다는 데 그 원인이 있다.

필름은 그 양 측단이 텐터의 클립에 파지된 상태로 열고정을 받으므로 필름 측단부는 강하게 구속된 상태로 수축이 작고, 필름 중앙부는 완만하게 구속되어 있으므로 크게 수축된다. 필름의 폭방향으로 미리 직선을 그려 두면 이 열수축 응력의 작용에 의해서 중앙부분은 측단부보다도 필름의 진행방향에 따라 늦어지게 된다. 그 결과 직선은 필름의 주행방향을 향해서 오목한 곡선이 된다.

이러한 활모양의 곡선이 나타나는 현상을 보잉이라 한다. 여기서 직선 대신 다수의 소원을 그리면 필름 폭방향 변부에서는 경사진 타원으로 나타나게 된다.

보잉 비틀림은 보잉현상에 기인하여 나타나며, 이러한 보잉 현상은 일본 특허 공개 소58-55221호, 소58-147322호에 설명되어 있다.

이 보잉상태에 대응해서 필름의 분자배향의 정도는 필름의 양측이 높고 중앙부분은 낮게 된다. 이 보잉 현상은 텐터를 사용하는 축차 이축 연신에서는 피하기 어려운 것이며, 또한 동시 이축 연신에서도 정도의 차이는 있으나 이 현상이 존재한다. 보잉 현상은 필름의 폭방향에 일어나는 물성, 예를 들면 열수축율, 온도 팽창율 및 습도 팽창율 등의 불균일성을 야기시킨다. 그래서 주배향축은 보잉 곡선에 대응해서 경사진 상태로 있기 때문에 필름의 팽창율 및 수축율의 극대치를 나타낸 방향은 보잉 곡선에 따라간다. 따라서 필름보잉 상태에 따라서 타발한 시편을 온도 팽창 및 열수축 거동을 관찰하면 보잉 상태에 따라서 타발 위치에 따라 변위하고 편향하게된다. 넓은 폭의 필름을 텐터 방식으로 열고정하면 상기와 같은 보잉현상이 현저하게 발생하고, 중앙부에서는 이방성이 비교적 작으나 양끝부분에서는 현저하게 커진다.

특별한 예로서 이축연신 폴리아미드계 필름의 경우는 열고정한 후에도 일반적으로 열수 처리에 의한 수축율이 크고, 특히 종래의 방법으로 열고정한 필름 원단의 양 끝에 가까운 부분을 사용해서 제작한 포장봉지는 포장 후에 살균 기타의 목적으로 열수처리하면 비틀림이 발생하기 쉬워서 상품가치가 저하된다. 열수처리 전이라도 소위 S자 커얼이라는 주머니의 비틀림이 발생하기 쉽기 때문에 자동 충전하는 포장 공정에 있어서 문제를 일으킨다. 종래와 같은 텐터방식으로 열고정한 폴리아미드 필름은 특히 양 끝부분의 열수축율 이방성이 크기 때문에 이방성이 작은 것이 필요한 경우에는 중앙부의 일부분만 이용한다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술은, 예를 들면 일본 특허 공개 소50-73978호에서 횡연신 공정과 열처리 공정과의 사이에 닙롤을 이용하는 방법이 제안되어 있지만 필름과 닙롤의 접촉에 의한 찰과상 발생 문제가 있어 실용적이지 못하다.

일본 특허 공개 소81-80372, 소54-137076호는 동시이축 연신조건을 개량한 기술로서 축차이축 연신에는 적합하지 못하다.

일본 특허 공고 소43-5557호에는 횡연신대와 열처리대와의 사이에 완충대를 설치하는 방법이 개시되어 있으나 폴리아미드에 적용해도 별 효과가 없다.

일본 특허 공고 평1-17857호(공개 소57-87331호) 발명은 축차이축 연신에 있어서 보잉 현상을 감소시키기 위하여 기계 방향으로 일축연신한 PET필름을 유리전이 온도 이상의 온도로 필름의 양측단을 파지하면서 폭방향으로 연신하고, 이어서 유리전이 온도 이하로 일단 냉각하고서 재 승온하며, 폭방향 연신 온도 이상 120℃ 이하의 온도에서 저온 고정 처리한 후, 다시 유리 전이 온도 이하로 냉각하고 냉각 필름의 양단 파지를 일단 개방하고 다시 파지하며, 이어서 필름을 120~24O℃의 온도영역에서 2단 이상의 다단으로 승온시키면서 열고정한다. 필름을 종방향 및 횡방향 연신 종료한 직후 유리전이점 이하로 냉각한 후, 일단 필름 측단부 파지를 해방하고 다시 필름 측단부를 파지해서 열처리하는 방법이 제안되어 있지만, 이 방법은 PET처럼 비교적 고온에서 연신되는 필름에 유효하고 폴리아미드 필름처럼 비교적 저온에서 연신되는 필름에서는 효과가 없다.

일본 특허 공고 평4-58373호에서는 실질적 무정형이고 배향하지 않은 폴리아미드 필름을 45~60℃에서 롤 종연신방식으로 변형속도 10000%/분 이상으로 2.7~3.5배 연신하고, 이어서 필름의 양단부를 텐터 클립으로 파지하고 필름 온도를 100℃ 이하로 하여 평균 변형 속도 2000~10000%/분 범위에서 3~5배 횡방향으로 연신하고 이어서 100~170℃ 범위에서 1단째 열처리한 후, 유리 전이점 이하로 냉각하고 필름 양 단부 파지를 일단 풀고 이어서 다시 별도의 텐터 클립으로 필름 단부를 파지 이송하면서 융점보다 10℃ 낮은 온도틀 상한으로 하는 온도에서 2단째 열처리를 행한다. 이 방법은 폴리아미드 필름과 같은 저온 연신 필름에 어느 정도 개선 호과를 나타내지만 효과가 충분하지 못하며 또한 텐터 클립을 풀고 다시 파지하는 공정이 비효율적으로 파단의 원인이 되며 작업성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명자들은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 많은 연구와 노력을 한 결과 열처리 오븐의 구성 방식과 온도 조절을 변화시키는 방법으로 필름의 보잉 문제를 억제하고 폭방향 물리적 성질을 균일화할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명의 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조장치를 나타낸다.

도2는 종래의 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조장치를 나타낸다.

*도면에 사용된 부호의 설명

1:압출기, 2:시트 냉각롤, 3:종연신기 롤 조합, 4:횡연신, 열고정 텐터 오븐(클립 파지), 5:필름 와인더, 6:가열 오븐(클립 없음), 7:오븐 입구 구동롤, 8:오븐 출구 구동롤

본 발명은 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 축차 이축 연신 플라스틱 필름은 플라스틱 수지를 압출, 급냉하여 미연신 시트를 만들고 이를 종방향 1.1~6.0배 연신하고 횡방향 1.1~6.0배 연신한 후 열처리하여 필름을 제조 하는 축차 이축 연신 필름의 제조방법에 있어서, 도 1에 나타낸 바와 같이 종방향 및 횡방향 연신을 거친 필름을 폭방향 양끝을 클립에 파지한 상태로 가열오븐(4)를 통과시킨 후, 필름의 폭방향 양끝을 해방시키고 입구와 출구 부분에 구동롤이 각각 설치된 가열 오븐(6)를 통과시켜 열처리하여 얻어진다.

본 발명의 열처리에 있어서, 가열오븐(4)의 열처리온도는 횡연신 온도 이상, 수지의 융점 이하이고, 가열오븐(6)의 열처리온도는 가열오븐(4)에서의 최저 처리 온도보다 낮고, 수지의 종연신 온도보다 높은 것이 바람직하다.

이와 같은 열처리에 있어서, 열처리 오븐(6)의 전후에는 속도차를 나타낼 수 있는 구동롤을 각각 설치하여, 오븐 통과시 열처리되는 필름의 종방향 장력을 조절할 수 있도록 장치가 구성된다.

본발명의 첫번째 열처리 오븐(4)에서 횡연신 온도 이하인 경우 열고정 효과가 거의 나타나지 않으며 제품의 수축율이 매우 크게 되는 문제가 있다. 또한 수지의 융점 이상인 경우는 열처리되는 필름에서 파단이 일어나거나 기계적 물성이 손상되는 문제가 나타난다. 그리고 두번째 열처리 오븐(6)에서 종연신 온도 이하인 경우는 열고정된 필름의 분자배향 이완 효과가 매우 미미하여 보잉 현상 개선이 어렵고, 첫 번째 오븐 A에서의 최저 열처리 온도 보다 높은 온도를 부여하면 수축이 매우 커서 필름에 주름이 심하게 발생하는 문제가 나타나므로 품질 및 작업성이 악화된다.

이때 열처리 오븐 B에서 전후의 구동롤 사이에서 종방향의 장력을 완화 또는 긴장 조절하여 폭방향으로 편차를 나타내어 보잉의 원인이 되는 종방향 분자배향 편차를 완화시켜 준다. 바람직하기로는 장력을 완화시켜 주는 방법이 좋다. 이를 위하여 열처리 오븐 B에서는 필름의 양끝을 텐터 클립으로 파지하지 않고 자유롭게 진행시 키는 것이 바람직하다.

본발명에서 사용되는 플라스틱 수지는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리스티렌 등과 같이 축차 이축 연신하여 제조 가능한 필름의 원료 수지들을 의미한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 축차 이축 연신 플라스틱 필름은 연신 배향과 고온의 열처리시 수축응력으로 발생하여 고정된 보잉을 다시 풀어주는 열처리 이완 공정을 도입하고, 횡방향 말단 파지 상태를 자유롭게 풀어주어 종방향의 장력을 조절하고 폭방향으로 편차가 있는 종방향의 분자 배향 상태를 평준화시키는 공정을 도입함으로써, 종래 축차 이축 연신 후 텐터법 열처리를 사용하여 얻어지는 기존의 필름이 폭방향을 따라서 물성의 변화가 심하고, 특히 치수안정성에 있어서는 열수축율의 발란스가 폭방향을 따라서 크게 변하며, 양 변부에 치우친 위치의 필름을 사용할 때 열을 받는 경우 크게 뒤틀리는 문제를 감소시키는 것이 가능하다.

이하에서 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

물성 평가 방법

1) 필름두께(um)

필름의 폭방향을 따라서 30점 측정하고 그 평균치를 채용했다.

2)보잉량(%)

미연신 필름의 표면에 필름의 이송 방향에 직각으로 직선을 그리고 그 직선이 종연신, 횡연신, 열처리 등의 일련의 공정을 거쳐서 얻어진 필름상에 변형된 정도이고 필름 측단부에 대해서 필름 중앙부가 늦어진 길이를 필름 폭으로 나눈 값에 100을 곱한 값이다,

3)필름의 평탄성(mm)

평탄한 테이블 상에 2m간격의 평행 직선 2개를 그려서 기준선으로 한다. 제품 필름 길이 방향으로 길이 3m의 필름의 한쪽 끝을 2개 평행 기준선 중 한쪽에 일치시켜 테이프로 고정한다. 필름의 다른 쪽 끝에 폭방향 1cm당 20g의 하중을 부여하여 필름을 긴장시키고, 평행 기준선 중 고정되지 않은 쪽의 기준선에 맞추어 필름상에 직선을 그려 준다. 다음으로 하중 부하를 없애고 필름 폭 방향 3cm간격으로 길이방향 띠상의 필름으로 자른다. 이어서 띠상의 필름 고정되지 않은 쪽에 60g 하중을 부여하고 테이블 상의 기준선과 필름 상의 표시선과의 차이를 측정한다. 최대치와 최소치의 차를 평탄성 지표로 한다.

4)열수수축율 및 열수축 이방성

필름 폭 방향의 소정의 위치를 중심으로 일변이 120mm의 정방형의 필름편을 절취해서 이 필름편의 중심에 직경 100mm의 원을 그리고 또 MD TD방향과 MD에서 좌로 45도 135도 회전한 방향으로 원의 중심을 통과하는 100mm길이의 표선을 각각 기입하고 20도 65%습도 환경하에서 1일 방치 후 각각의 표선 길이를 정밀하고 정확하게 측정했다. 이 필름편을 100도의 열수에 30분간 침지한 후 필름 표면의 부착수를 닦아내고 20도 65% 습도 환경하에 1일간 방치한 후 재차 표선 길이를 각각 정밀하고 정확하게 측정하였다. 각 방향에 대해서 침지 전의 표선 길이를 MO, 침지 후의 표선 길이를 M로 하고, 100도 열수수축율 S를 하기의 식에 의해 산출하고 MD, TD MD에서 좌로 45도, 135도 방향의 100도 열수수축율을 각각 S_md, S_td, S₄₅, S₁₃₅로 표시하였다

열수수축율 S는

,

열수수축율 이방성 H는 하기의 식에 의해 산출하였다.

실시예 1

상대점도가 3.5인 폴리ε카프로아미드를 90mmΦ압출기로 실린더 온도 270도 조건에서 용융하고 T-다이로부터 필름상으로 압출하여 20도로 유지된 600mmΦ 캐스팅 롤상에 급냉하고 두께 약 140um 폭 약 350mm의 실질적으로 무정형, 배향하지 않은 미연신 필름을 얻었다. 이 미연신 필름의 표면에 보잉량의 측정을 위하여 필름의 이송 방향에 대해서 직각 방향 으로 직선을 그렸다. 이 미연신 필름을 복수개의 롤로 구성된 종연신기에 도입하여 60도로 가열하고 주속도가 다른 롤 사이에서 연신배율 3.1배의 조건으로 종연신을 행하고 종연신한 필름을 종연신 존에 연속하는 롤 군에 의해서 45도 조절하여 폭 1.5m 텐터식 횡연신기의 횡연신 개시 위치까지 이송한다. 필름 양 측단부를 텐터 클립으로 파지하고 60℃부터 90℃까지 승온하고 연신배율 3.8배의 조건으로 횡연신을 행했다. 횡연신 종료한 필름을 계속 양측단부를 파지한 상태로 150℃와 210℃ 가열 존을 차례로 통과하여 열처리를 행한 후 필름 양측단부를 일단 해방했다. 파지를 해방한 필름은 미미를 트리밍하고 두께 약 l5u, 폭 1m의 필름을 얻어 가이드 롤 및 엑스판다 롤을 통과시켜 속도 조절 가능한 구동롤에 걸어서 가열 오븐을 통과시킨다. 이때 오븐의 온도는 120℃, 70℃를 차례로 통과시키며 출구에서도 구동롤에 걸어 장력을 조절한다. 이때 종방향 장력이 이완되도록 오븐 입구 대비 출구 구동롤의 속도를 약 2% 느리게 하여 조절한다.

이렇게 완성된 필름을 가이드롤 및 엑스판다 롤을 거쳐 권취하였다. 얻어진 필름에 대해서 상기의 방법에 기초해서 물성을 측정하고 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 1

실시예에서 사용한 것과 동종의 필름을 동례에 기재한 것과 마찬가지의 수순으로 이축방향으로 연신했다. 횡연신 종료한 필름을 계속해서 동일 텐터내에서 210℃로 열처리를 행한 후 필름을 30℃로 냉각하고 텐터클립으로부터 필름을 해방하고 미미를 트리밍한 후 권취했다.

비교예 2

실시예에서 사용한 것과 동종의 필름을 동례에 기재한 것과 마찬가지의 수순으로 이축방향으로 연신했다. 횡연신 종료한 필름을 계속해서 동일 텐터내에서 150℃, 210℃ 120℃ 70℃를 차례로 통과시켜 열처리를 행한 후 필름을 30℃로 냉각하고 텐터클립으로부터 필름을 해방하고 미미를 트리밍한 후 권취했다.

비교예 3

실시예 에서 사용한 것과 동종의 필름을 동례에 기재한 것과 마찬가지의 수순으로 이축방향으로 연신했다. 횡연신 종료한 필름을 계속해서 동일 텐터내에서 80℃로 열처리하고 이어서 필름을 클립에서 해방하여 미미를 트리밍한 후 가이드 및 엑스 판다 롤을 거쳐 전후에 구동롤이 있는 50℃로 가열된 오븐을 통과시켜 열처리 후 권취 했다.

물성평가 결과

물성	단위	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
보잉량	%	2.0	10	8	4
평탄성	mm	0.5	3.0	2.5	1.5
폭방향변부기준	열수수축율(종/횡)	%	2.5/2.0	3.0/1.5	3.5/2.0	5.0/3.0
	열수이방성	%	25	95	72	55
주름 및 외관		양호	양호	주름 소량	주름 다발

표1의 결과에서 알수 있는 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 실시예는 보잉현상이 적게 발생하며, 평탄성에서도 우수한 결과를 나타내며, 열수수축율 및 열수 이방성이 적으며, 주름이 거의 발생하지 않는다.

본 발명에 의하여 제조된 축차 이축 연신 플라스틱 필름은 종래의 이축연신 및 열처리한 필름의 보잉현상을 억제하는 것이 가능하고 필름의 폭 방향에 따라서 균일한 물리적 성질을 가지고 평탄성이 뛰어나고 충분히 열고정된 필름을 제조할 수 있게 한다,

Claims (3)

1. 플라스틱 수지를 압출, 급냉하여 미연신 시트를 만들고 이를 종방향 1.1~6.0배 연신하고 횡방향 1.1~6.0배 연신한 후 열처리하여 필름을 제조 하는 축차 이축 연신 필름의 제조방법에 있어서, 종방향 및 횡방향 연신을 거친 필름을 폭방향 양끝을 클립에 파지한 상태로 가열오븐(4)를 통과시킨 후, 필름의 폭방향 양끝을 해방시키고 입구와 출구 부분에 구동롤이 각각 설치된 가열 오븐(6)를 통과시켜 열처리하는 것을 특징으로 하는 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 가열오븐(4)의 열처리온도가 횡연신 온도 이상, 수지의 융점 이하이고, 가열오븐(6)의 열처리온도가 가열오븐(4)에서의 최저 처리 온도보다 낮고, 수지의 종연신 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 가열오븐(6)의 전후에 구동롤을 각각 설치하여 속도차를 갖게 함을 특징으로 하는 축차 이축 연신 플라스틱 필름의 제조방법.

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