KR100238886B1 - 다층 폴리올레핀 필름 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리프로필렌계 수지로 이루어진 중심층, 및 미세한 실리카가 첨가되고 한쪽 면이 코로나 처리된, 에틸렌-프로필렌 공중합체로 이루어진 표면층을 포함하는 3층 구조의 폴리올레핀 필름 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 필름은 슬립성이 우수하여 고속으로 운전되는 자동화 설비에 적용이 가능하며 코로나 처리가 안된 표면층은 열접착성이 우수하고 코로나 처리된 표면층은 증착강도가 뛰어나다.

Description

다층 폴리올레핀 필름 및 그의 제조 방법

본 발명은 다층 폴리올레핀 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌계 수지로 이루어진 중심층, 및 미세한 실리카가 첨가되고 한쪽 면이 코로나 처리된, 에틸렌-프로필렌 공중합체로 이루어진 표면층을 포함하는 3층 구조의 폴리올레핀 필름 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

점차 사회가 현대화되면서 단순한 의식주 해결 위주의 생활방식에서 벗어나 편의성과 효율성 위주의 생활을 요구하게 되었고, 그 결과, 취급이 편리하고 장기간 내용물 보관이 가능한 포장용기, 문구류, 사무용품, 전기제품, 공구류, 완구류에 걸친 범용 플라스틱 필름의 시장 수요가 점차 증가하고 있으며, 특히 최근에는 내용물을 언제든지 볼 수 있는 투명성이 우수한 플라스틱 제품의 수요가 급격히 늘어나고 있는 추세이다. 이러한 용도로 사용할 수 있는 플라스틱으로는 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 예로 들 수 있다.

이 가운데, 폴리염화비닐은 값이 저렴하고 가공이 용이하며 특별한 기술이나 설비를 필요로 하지 않는 장점은 있으나, 연소시 환경을 오염시키는 염소가스의 발생으로 인하여 최근 법적 규제가 심화되는 추세에 있으며, 폴리스티렌은 투명성 및 기계적 특성은 양호하나 제조과정의 악취와 소각시 발생하는 검은 염기, 재, 분진 등으로 환경적인 문제를 일으킬 뿐 아니라 비교적 수지가격이 고가라는 경제적인 부담이 폴리스티렌을 범용적으로 널리 확산시키는데 큰 장애요소가 되고 있다. 또한, 폴리에스테르는 투명성은 우수하나 가격이 고가이고, 뻣뻣하며, 백탁현상이 심하여 가공조건이 매우 까다로운 단점을 가지고 있다.

이런 이유로, 올레핀계 수지가 가장 각광을 받고 있으며 특히 폴리프로필렌 수지의 경우 무해할 뿐 아니라 가공성이 우수하여 그 사용범위와 용도는 급속도로 다양해지고 있는 추세이다. 그러나, 종래의 폴리프로필렌 수지 물질 및 필름은 포장용기로서는 널리 사용될 수 있으나, 제전성이 불량하여 필름 상호간의 주행마찰에 의한 정전기 발생의 문제를 안고 있으며 이러한 정전기는 일반적으로 필름 표면에 부착되는 먼지 등에 의한 코팅 불량, 필름 표면의 정전기 축적으로 인한 충격 발생 등을 일으키고, 특히, 고속으로 운전되는 자동 포장장치에서 필름면간에 슬립성이 우수하지 못하고 필름면끼리 달라붙는 이른바 블러킹 현상이 빈번히 발생하여 고속운전이 어렵고, 심한 경우 리와인딩(rewinding)시에 필름이 부분적으로 파단되는 현상까지 발생한다.

또한, 포장된 내용물의 은폐성이나 신선도를 유지하기 위하여 폴리올레핀 필름 한 면을 알루미늄이나 구리, 크롬 등으로 증착하고, 다른 한 면은 기타 플라스틱과 적층시켜 사용되는 경우가 빈번하다. 그러나, 폴리올레핀 필름자체는 여러 가지 금속 들에 대한 증착강도가 우수하지 못하고, 폴리프로필렌 필름의 경우 일반적으로 많이 적층되는 폴리에스테르나 폴리에틸렌과의 열접착력이 우수하지 못하다.

종래에 슬립성이나 열접착력, 증착강도를 향상시키기 위한 기술문헌을 살펴보면 다음과 같다. 미합중국 특허 제 4,429,441 호에서는 중심층에 슬립제를 첨가하고, 표면층이 미세한 실리카를 첨가하여 슬립성을 개선시켰다. 하지만, 이와 같이 필름내에 슬립제와 같은 저분자 유기물을 첨가하였을 경우, 이것이 표면으로 전이되면서 증착강도에는 나쁜 영향을 미치게된다. 한편, 미합중국 특허 제 4,339,493 호에서는 표면층을 폴리(1-부텐)이나 에틸렌-프로필렌 공중합체로 구성하여 열접착력을 향상시켰으나 이 경우 표면의 슬립성이 좋지 않아 고속으로 운전되는 포장장치나 증착공정에 적용이 원활하지 못하다. 미합중국 특허 제 4,345,005 호에는 에틸렌-프로필렌 공중합체로 구성된 표면층에 코로나 처리를 한 증착강도를 향상시킨 필름이 개시되어 있다. 그러나, 에틸렌-프로필렌 공중합체로 이루어진 표면층에 코로나 처리를 하는 것만으로는 고속으로 운전되는 포장장치나 증착 공정에 적용이 원활한 슬립성을 얻기 어렵다.

따라서, 본 발명은 슬립성이 우수하여 고속으로 운전되는 자동 포장장치에 원활한 적용이 가능하고, 여러 가지 금속에 대한 증착강도가 우수하여 은폐성이나 신선도를 요구하는 포장재에 사용이 가능하며 기타 폴리에틸렌이나 폴리에스테르와 같은 플라스틱 필름에 대한 열접착력이 우수하여 적층시켜 사용할 수 있는 폴리올레핀 필름 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 폴리프로필렌계 수지로 이루어진 중심층, 및 미세한 실리카가 첨가되고 한쪽 면이 코로나 처리된, 에틸렌-프로필렌 공중합체로 이루어진 표면층을 포함하는 3층 구조의 폴리올레핀 필름을 제공한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 폴리프로필렌계 수지를 중심층으로 하고, 미세한 실리카가 첨가된 에틸렌-프로필렌 공중합체를 표면층으로 하여 공압출시켜 시이트를 제조하고, 상기 시이트를 이축배향시킨 후, 상기 표면층의 한 면을 코로나 처리하는 것을 특징으로 하는 3층 구조의 폴리올레핀 필름의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 3층 구조의 폴리올레핀 필름의 중심층을 이루는 폴리프로필렌계 수지의 예로는 아택틱(atactic) 폴리프로필렌 수지, 신디오택틱(syndiotactic) 폴리프로필렌 수지 및 아이소택틱(isotactic) 폴리프로필렌 수지가 있고, 바람직하게는 아이소택틱 폴리프로필렌 수지가 사용된다. 이들은 융점이 160 내지 170℃이고, 용융흐름지수(Melting Flow Index)가 1 내지 15 g/10분, 밀도가 0.9 내지 0.91g/㎤이며, 아이소택틱 지수(isotactic index)가 95% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 3층 구조의 폴리올레핀 필름의 표면층을 이루는 에틸렌-프로필렌 공중합체는 융점이 100 내지 160℃이고, 용융흐름지수가 1 내지 15 g/10분, 바람직하게는 1 내지 5 g/10분인 것이 바람직하다. 에틸렌-프로필렌 공중합체의 용융흐름지수가 15 g/10분을 초과하는 경우에는 수지의 분자량이 너무 작아 기계적 물성이 떨어지며 용융흐름지수가 1 g/10분 미만인 경우에는 수지의 분자량이 너무 높고, 필름 성형시 균일한 표면층의 두께를 얻기 어렵다. 또한, 용융 온도가 100℃ 미만인 경우에는 역시 기계적 강도가 떨어지고 용융온도가 160℃를 초과하는 경우에는 역시 필름 성형시 균일한 표면층의 두께를 얻기 어렵다.

상기 에틸렌-프로필렌 공중합체 중의 에틸렌 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. 에틸렌 함량이 0.5 중량% 미만이면, 열접착성 및 증착강도가 떨어지고, 에틸렌 함량이 50 중량%를 초과하면, 필름의 슬립성이 불량해 진다.

본 발명의 에틸렌-프로필렌 공중합체 표면층에 첨가되는 실리카는 평균 입경이 0.5 내지 5 ㎛이며, 표면층 공중합체 중량을 기준으로 0.05 내지 0.5 중량%의 양으로 첨가하는 것이 바람직하다. 이때, 실리카의 평균 입자 크기가 0.5㎛ 미만인 경우에는 입자의 크기가 너무 작아 필름 표면에 충분한 조도를 형성할 수 없어 본 발명의 효과를 얻기 어려우며 실리카의 평균입자 크기가 5 ㎛를 초과하는 경우에는 필름의 투명성을 해칠 우려가 있다. 또한 첨가량이 0.05 중량% 미만인 경우에는 본 발명의 효과를 얻기 어렵고, 0.5 중량%를 초과하여 첨가한 경우에는 역시 필름의 투명성이 불량해진다.

상기 에틸렌-프로필렌 공중합체로 이루어진 표면층 전체의 두께는 필름 전체 두께에 대하여 1/40 내지 1/3, 더욱 바람직하게는 1/40 내지 1/7이다. 이때, 표면층 전체의 두께가 1/40 이하일 경우에는 본 발명의 효과를 얻기 어렵고, 1/3 이상인 경우에는 기계적 강도가 현저히 떨어진다.

본 발명의 3층구조의 필름은 다음과 같이 제조할 수 있다.

먼저, 폴리프로필렌계 수지를 중심층으로 하고, 미세한 실리카가 첨가된 에틸렌-프로필렌 공중합체를 표면층으로 하여 공압출기를 사용하여 250 내지 300℃의 온도에서 공압출시켜 3층 구조의 시이트를 제조한다.

상기 수득한 시이트를 냉각드럼에서 성형하면서 10 내지 50℃로 급냉시키고, 이축연신기를 사용하여 140 내지 190℃에서 세로방향으로 2 내지 5배 연신하고, 140 내지 200℃에서 가로방향으로 3 내지 10 배 연신한 후, 150 내지 200 ℃에서 열고정시켜 3층 구조의 이축배향 필름을 얻는다.

상기 필름의 한쪽 표면을 35 내지 60 dyne/㎝, 더욱 바람직하게는 38 내지 48 dyne/㎝에서 코로나방전처리하여 10 내지 50㎛의 본 발명의 3층 구조의 이축배향 폴리올레핀 필름을 제조할 수 있다. 상기 코로나 처리는 통상적인 방법으로 수행된다. 35 dyne/㎝ 미만으로 코로나처리하는 경우는 본 발명의 효과를 기대하기 어렵고, 60 dyne/㎝를 초과하여 코로나처리하는 경우는 필름표면에 일반적으로 "코로나자국"이라고 불리는 얼룩무늬가 생긴다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 필름의 각종 성능 평가는 다음 방법으로 실시하였다:

(1) 마찰계수

헤이돈(Heidon) 사(일본)의 표면성 시험기(Model: Heidon-14)를 이용하여 하중 100g, 속도 150mm/min의 조건하에서 측정하였다.

(2) 인장 강도

미국 인스트론사의 UTM 모델-4206 형을 사용하여 실온 및 65%의 상대습도에서 길이 50㎜, 폭 20㎜ 및 두께 20㎜의 필름을 200㎜/㎝의 속도로 인장시켜 그 강도를 평가하였다.

(3) 열접착강도

도요세키(toyokeiki) 사(일본)의 열구배 시험기(Model: HG-100)를 이용하여 150℃에서 3kg/㎠의 압력으로 2초 동안 눌러 폴리에틸렌 필름과 본 발명의 폴리올레핀 필름의 코로나처리되지 않은 표면층을 봉합한 후 헤이돈(Heidon)사의 박리시험기(Peeling Tester)를 사용하여 25㎜폭의 봉합 필름을 100㎜/분의 속도로 당기면서 그 열접착 강도를 측정하였다.

(4) 증착강도

코로나처리되지 않은 필름표면에 알루미늄을 증착한 후, 증착면에 설린(Surlin) 필름을 도요세키(toyokeiki) 사(일본)의 열구배 시험기(Model: HG-100)를 이용하여 150℃에서 5kg/㎠의 압력으로 5초 동안 눌러 증착면과 설린 필름을 봉합한 후 헤이돈(Heidon)사의 박리시험기(Peeling Tester)를 사용하여 25㎜폭의 봉합 필름을 100㎜/분의 속도로 당기면서 그 증착 강도를 측정하였다.

실시예 1

폴리프로필렌 수지를 중심층으로 하고, 평균 입자 크기가 2㎛인 실리카를 0.1% 첨가한 에틸렌-프로필렌 공중합체를 표면층으로 하여 250℃의 온도에서 다이를 통해 공압출시키고, 상기 수득한 시이트를 냉각드럼에서 성형하면서 30℃로 급냉시켜 850 ㎛ 정도의 시이트를 수득하였다.

상기 시이트를 140℃의 온도로 재가열하면서 종연신 장치에서 5배 연신하고, 140℃에서 횡방향으로 8배 연신하고, 160℃에서 열고정시켰다. 연신된 필름을 귄취단계 전에 코로나처리 장치를 통하여 38dyne/㎝에서 코로나 처리하여 20㎛ 두께의 필름을 얻었다.

상기 제조한 3층 구조의 폴리올레핀 필름의 성능평가를 실시하여 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타낸 바와 같이 실시예 1에 의해 제조된 필름은 슬립성, 인장강도, 열접착강도, 증착강도가 우수하였다.

실시예 2 내지 10

필름의 제조 조건을 표 1에서와 같이 변화시킴을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 본 발명의 3층 구조의 필름을 제조하였다.

상기 제조한 3층 구조의 폴리올레핀 필름의 성능평가를 실시하여 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타낸 바와 같이 실시예 1에 의해 제조된 필름은 슬립성, 인장강도, 열접착강도, 증착강도가 우수하였다.

비교예 1 내지 5

필름의 제조 조건을 표 1에서와 같이 변화시킴을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 3층 구조의 필름을 제조하였다.

상기 제조한 3층 구조의 열가소성 필름의 성능평가를 실시하여 표 1에 나타내었다.

	표면층 전체두께/중심층 두께	에틸렌-프로필렌 공중합체의 용융흐름지수	에틸렌-프로필렌 공중합체의 용융온도	표면층실리카 농도	코로나처리조건	특성평가
						마찰계수	인장강도	열접착강도	증착강도
	-	g/10분	℃	중량%	dyne/㎝	%	㎏/㎜	g/25㎜	g/25㎜
실시예 1	1/30	3	120	0.2	38	0.4	20	1000 이상	50
실시예 2	1/30	3	120	0.5	40	0.35	20	1000 이상	52
실시예 3	1/30	3	120	0.05	42	0.5	20	1000 이상	54
실시예 4	1/20	3	120	0.2	44	0.4	18	1000 이상	55
실시예 5	1/10	3	120	0.2	46	0.4	15	1000 이상	55
실시예 6	1/5	3	120	0.2	48	0.4	13	1000 이상	57
실시예 7	1/40	3	120	0.2	50	0.4	22	1000 이상	60
실시예 8	1/30	3	120	0.2	42	0.4	20	1000 이상	54
실시예 9	1/30	5	110	0.2	42	0.4	20	1000 이상	54
실시예 10	1/30	10	120	0.2	42	0.4	20	1000 이상	54
비교예 1	1/50	3	120	0.2	40	0.4	20	750	42
비교예 2	1/2	3	120	0.2	40	0.65	12	1000 이상	52
비교예 3	1/30	20	120	0.2	40	0.5	10	1000 이상	54
비교예 4	1/30	3	120	0.01	40	0.7	18	1000 이상	55
비교예 5	1/30	3	120	0.2	32	0.4	15	800	35

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 3층 구조의 열가소성 필름은 슬립성이 우수하여 고속으로 운전되는 자동화 설비에 적용이 가능하며 코로나 처리가 안된 표면층은 열접착성이 우수하고 코로나 처리된 표면층은 증착강도가 뛰어나다.

Claims (7)

1. 폴리프로필렌계 수지로 이루어진 중심층, 및 미세한 실리카가 첨가되고 한쪽 면이 코로나 처리된 에틸렌-프로필렌 공중합체로 이루어진 표면층을 포함하는 3층 구조의 폴리올레핀 필름.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 표면층의 전체 두께가 필름 전체 두께에 대하여 1/40 내지 1/3인 것을 특징으로 하는 필름.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 폴리프로필렌계 수지가, 용융흐름지수가 1 내지 15 g/10분, 용융온도가 160 내지 170℃, 밀도가 0.9 내지 0.91g/㎤, 아이소택틱 지수가 95%인 아이소택틱 폴리프로필렌계 수지인 것을 특징으로 하는 필름.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 에틸렌-프로필렌 공중합체의 용융흐름지수가 1 내지 15 g/10분, 용융온도가 100 내지 160℃, 에틸렌 함량이 0.5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 필름.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 에틸렌-프로필렌 공중합체에 첨가되는 실리카가 평균입경이 0.5 내지 5㎛이고, 표면층 중량을 기준으로 0.05 내지 0.5 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 필름.
6. 폴리프로필렌계 수지를 중심층으로 하고, 미세한 실리카가 첨가된 에틸렌-프로필렌 공중합체를 표면층으로 하여 공압출시켜 시이트를 제조하고, 상기 시이트를 이축배향시킨 후, 상기 표면층의 한 면을 코로나 처리하는 것을 특징으로 하는 3층 구조의 폴리올레핀 필름의 제조방법.
7. 상기 코로나 처리시의 조건이 35 내지 60 dyne/㎝인 것을 특징으로 하는 방법.