KR100786005B1 - 다층 지방족 폴리에스터 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리락트산계 중합체를 주성분으로 하는 다층 지방족 폴리에스터 필름에 관한 것으로, 본 발명의 폴리에스터 필름은 제 1 수지층 및 이의 일면 또는 양면에 형성된 제 2 수지층을 포함하고, 폴리락트산계 중합체를 50 내지 100 중량% 함유하는 제 1 수지, 및 D-락트산 함량이 5 중량% 이상인 폴리락트산계 중합체를 50 내지 100 중량% 함유하는 제 2 수지를 각각 용융시킨 후 공압출하여 얻은 시트를 제 1 수지층의 유리전이온도(Tg) 내지 Tg+40℃의 온도에서 종연신하고 상기 종방향 연신온도 내지 종방향 연신온도+40℃의 온도에서 횡연신한 다음, 제 1 수지층의 용융온도(Tm)-5℃ 내지 Tm-30℃의 온도에서 열고정시킴으로써 제조될 수 있으며, 제 2 수지층의 또 다른 제 2 수지층과의 열접착 강도가 500 gf/inch 이상이고, 필름의 100℃에서 5분 동안의 열풍 조건하에 측정한 종방향 및 횡방향의 열수축률이 5% 이하임에 따라, 우수한 열접착성과 충분한 기계적 특성, 치수안정성, 유연성, 투명성을 보유하여 친환경적 포장용도로서 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 친환경적 포장 용도로 사용될 수 있는 폴리락트산계 중합체를 주성분으로 하는 다층 지방족 폴리에스터 필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기계적 특성, 치수안정성, 투명성 뿐만 아니라 유연성 및 특히 열접착성이 우수한 다층 지방족 폴리에스터 필름에 관한 것이다.
열접착이 가능한 상용 플라스틱 필름으로는, 석유계로부터 유래된 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)을 들 수 있다. 그러나, 폴리비닐클로라이드 필름은 소각시 다이옥신등과 같은 유해물질이 발생하여 그 사용이 규제되고 있고, 폴리에틸렌 필름은 치수안정성이 불량하고 기계적 특성이 너무 낮아 저급 포장 봉지 이외에는 사용에 제한이 있다. 비교적 안정한 분자 구조로 양호한 기계적 특성들을 지닌 필름으로는 폴리프로필렌을 들 수가 있으나, 포장 용도로 사용된 후 대부분 매립되는 후처리에 있어서 화학적, 생물적 안정성 때문에 거의 분해되지 않고 축적되어, 매립지의 수명을 짧게 하고 지구 토양 오염의 문제를 야기하고 있다.
이러한 분해가 되지 않는 플라스틱 필름의 단점을 보완하기 위해, 최근 들어 수지 자체의 생분해성이 높은 지방족 폴리에스터인 폴리락트산 필름이 생산되고 있으나, 이 필름은 기계적 특성이나 투명성을 유지하는 반면 결정성이 높아 저온 열접착성과 유연성이 부족하여 포장용으로서 용도가 제한적이다. 이에, 폴리락트산 필름에 열접착성을 제공하기 위해 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 라미네이팅하여 실링성을 부여할 수 있으나, 친환경 차원에서 완전하게 생분해가 불가능하다는 문제가 발생한다.
일본 특허출원공개 제1996-323946호에서는 열접착성이 우수한 생분해성 플라스틱 필름을 제공하기 위해, 폴리락트산을 주성분으로 하고, 적어도 하나의 최외층이 폴리락트산의 융점 보다 10℃ 이상 낮은 융점을 갖는 생분해성 플라스틱 수지로 구성된 다층 필름을 제시하고 있으나, 상기 특허의 실시예에 따른 제막 방법에 따르면, 충분한 열접착성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 최외층으로 사용되는 수지의 융점이 낮을수록 내열성이 약해지기 때문에 최종 필름의 열수축률이 높아져 인쇄시 핀트가 맞지 않거나 가공이 어려운 문제점이 있다.
또한, 일본 특허출원공개 제1998-151715호에서는 열접착이 가능한 폴리머 적층체로서, 결정화된 락트산 폴리머(A)로 이루어진 기재층과 상기 락트산 폴리머(A)의 융점보다 낮은 연화점을 갖는 비정성의 락트산 폴리머(B)로 이루어진 실링층을 갖는 폴리머 적층체를 제시하고 있으나, 상기 특허의 실시예에 따른 제막 방법에 따르면, 열고정 온도가 열접착력을 부여하기에 충분하지 않아 최종 필름의 열접착 강도가 현저히 떨어지며 치수안정성 또한 불량하다는 문제점 있다.
일본 특허출원공개 제2004-358721호에서는, 열접착성을 갖는 락트산 폴리머 다층 필름으로서, D-락트산 함량이 8% 이하인 락트산 폴리머로 이루어진 층(A)과, D-락트산 함량이 9 내지 91%인 락트산 폴리머 100 중량부에 대해 윤활제 0.05~2 중량부, 내블로킹제 0.05~1.0중량부를 배합한 락트산 폴리머로 이루어진 층(B)이 적어도 한면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 필름을 제시하고 있으나, 열접착층에 윤활제를 첨가함에 따라 오히려 열접착 강도를 떨어뜨릴 수 있으며, 실시예에 따른 제막방법에 따르면 종방향과 횡방향의 연신배율이 너무 낮아 기계적 특성이 떨어지고, 충분한 열고정이 이루어지지 않아 최종필름의 수축률이 높고 뻣뻣하여 유연성과 열접착성이 요구되는 연포장용도에 사용하기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 국제특허출원 제WO 2004/069535호에서는 폴리락트산 필름의 중간층에 탄성율 50~1,000 MPa인 유연한 생분해성 폴리에스터계 수지층이 배치된 폴리락트산 다층 필름을 제시하였다. 이 특허의 실시예에 따른 제막 방법에 따르면 폴리락트산 이외에 기타 지방족 또는 지방족-방향족 폴리에스터를 기재층에 사용함으로써 유연성 및 열접착성은 얻을 수 있으나, 융점이 낮고 내열성이 약하여 필름으로 제조시에 열 수축률이 높아 열접착을 하여도 실링 부위가 매끈하지 못하다는 단점이 있으며, 필름의 헤이즈도 현격히 높아져 포장 용도로 사용하기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술에서 발견된 문제점들을 해소하도록, 열 접착성이 우수하면서 동시에 치수안정성, 유연성, 투명성, 기계적 특성을 보유하는, 폴리락트산계 중합체를 주성분으로 하는 다층 지방족 폴리에스터 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 폴리락트산계 중합체를 주성분으로 하는 다층 지방족 폴리에스터 필름에 있어서,
제 1 수지층 및 이의 일면 또는 양면에 형성된 제 2 수지층을 포함하고,
폴리락트산계 중합체를 50 내지 100 중량% 함유하는 제 1 수지, 및 D-락트산 함량이 5 중량% 이상인 폴리락트산계 중합체를 50 내지 100 중량% 함유하는 제 2 수지를 각각 용융시킨 후 공압출하여 얻은 시트를 제 1 수지층의 유리전이온도(Tg) 내지 Tg+40℃의 온도에서 종연신하고 상기 종방향 연신온도 내지 종방향 연신온도+40℃의 온도에서 횡연신한 다음, 제 1 수지층의 용융온도(Tm)-5℃ 내지 Tm-30℃의 온도에서 열고정시킴으로써 제조되며,
제 2 수지층의 또 다른 제 2 수지층과의 열접착 강도가 500 gf/inch 이상이고, 필름의 100℃에서 5분 동안의 열풍 조건하에 측정한 종방향 및 횡방향의 열수축률이 5% 이하인 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름을 제공한다.
이하에서는 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 다층 지방족 폴리에스터 필름은 제 1 수지층 및 이의 일면 또는 양면에 형성된 제 2 수지층으로 구성되며, 이들 각 수지층은 폴리락트산계 중합체를 50 중량% 이상, 바람직하게는 70 중량% 이상 포함한다. 상기 폴리락트산계 중합체의 함량이 50 중량% 미만인 경우에는 필름의 내열성이 약해져 연신 및 열고정을 거치더라도 기계적 특성이 발현되지 않으며, 최종필름의 열수축률이 너무 높아 포장재로서 사용할 수 없다.
상기 제 1 수지층에 사용되는 폴리락트산계 중합체는 135℃ 이상의 용융온도(Tm)를 갖는 것이 바람직하다. 제 1 수지층의 용융온도가 135℃ 미만이면, 기재층의 결정성이 낮아져서 최종 필름의 치수안정성이 불량해지고, 기계적 특성도 현저히 떨어져 포장재로서 사용하기에 바람직하지 않다.
상기 제 2 수지층은 D-락트산이 5 중량% 이상, 바람직하게는 8 중량% 이상인 폴리락트산계 중합체를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 D-락트산 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 열접착층의 결정성이 높아져 저온 열접착성이 불량해지고 최종 필름이 딱딱하여 부서지기 쉬워, 포장용도로의 유연성 면에서 바람직하지 않다.
또한, 제 2 수지층은 폴리락트산계 중합체 이외에, 저온 열접착성 향상을 위해 유리전이온도(Tg)가 0℃ 이하인 기타 지방족 또는 지방족-방향족 폴리에스터 수지를 30 중량% 이하, 바람직하게는 15 중량% 이하로 추가 함유할 수 있다. 상기 함량이 30 중량% 이상인 경우에는 최종 필름의 결정성을 방해하여 헤이즈를 상승시켜 투명성을 저하시키며, 치수 안정성 면에서도 바람직하지 않다.
제 2 수지층에 추가로 사용될 수 있는, 상기의 지방족 또는 지방족-방향족 폴리에스터 수지(Tg≤0℃)는 지방족 다이카복실산 또는 그 유도체로서 숙신산, 글루탈산, 말론산, 옥살산, 아디프산, 세박산, 아젤라산 및 노난다이카복실산으로부터 선택된 1종 이상의 산 성분과 에틸렌글리콜, 1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올, 1,5-펜탄다이올, 1,6-헥산다이올, 프로필렌글리콜, 1,4-시클로헥산다이올, 헥사메틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜 및 테트라메틸렌글리콜로부터 선택된 1종 이상의 글리콜 성분을 중축합하여 제조할 수 있다. 또한, 생분해성을 저해하지 않는 다이카복실산으로서, 테레프탈산, 프탈산, 아이소프탈산, 나프탈렌-2,6-다이카복실산, 다이페닐술폰산다이카복실산, 다이페닐에테르다이카복실산, 다이페녹시에탄다이카복실산 및 시클로헥산다이카복실산으로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용가능하다.
또한, 본 발명의 제 1 수지층 및 제 2 수지층은 통상의 가교제, 산화방지제, 열안정제, 자외선 흡수제 등의 첨가제를 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위내에서 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다층 지방족 폴리에스터 필름은 상기한 바와 같은 제 1 수지층과 제 2 수지층용 수지를 공압출한 후 연신함으로써 제조할 수 있다.
구체적으로, 제 1 수지층과 제 2 수지층의 수지를 각각 형성한 다음, 이들을 각각 용융온도+30℃ 이상의 온도에서 용융시킨 후, 적층시킬 층의 수에 따라 2, 3개의 피이드 블록을 사용하여 적층하여 압출다이를 통해 토출해 낸다. 이때 적층은 2층(A/B) 또는 3층(B/A/B) 구성의 어느 형태로도 무관하며, 제 1 수지층과 제 2 수지층의 두께비는 2:1 내지 20:1의 범위일 수 있다. 이어서, 냉각 드럼에서 제 1 수지층 또는 제 2 수지층을 드럼면으로 하여 정전 인가하면서 냉각시킨다.
이렇게 얻어진 시트를 용도에 따라 제품에 요구되는 연신비에 맞추어 통상적인 축차 연신에 따라 2축 연신한 후, 열고정 및 이완을 수행하며, 상기 연신 및 열고정 단계는 최종 필름의 열접착성, 기계적 특성, 치수안정성, 유연성, 및 필름 표면의 밀도를 조절에 중요하다.
본 발명에 따르면, 얻어진 적층 시트를 먼저 제 1 수지층의 유리전이온도(Tg) 내지 Tg+40℃의 온도에서 종연신한다. 종방향 연신 온도가 상기 범위 보다 낮은 경우에는 필름 연신이 불균일하게 이루어지거나, 강제적 배향이 과도하게 이루어져 필름의 헤이즈를 상승시키고, 연신 온도가 상기 범위 보다 높은 경우에는 필름에 과도한 열량이 부과되어, 연신 롤에 열접착층이 달라붙는 현상으로 인한 공정 트러블이 발생하여 바람직하지 않다.
시트의 종방향 연신 후에는, 횡 방향 연신을 상기 종방향 연신온도 내지 종방향 연신온도+40℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 횡방향 연신온도가 상기 범위 보다 낮으면 강제 연신으로 인한 백탁 현상이 발생하고, 불균일 연신이 일어나 필름의 평활도가 불량해지며, 최종 필름에서 층간 박리현상이 일어나서 열접착 강도를 떨어뜨릴 수 있다. 반대로 연신온도가 이보다 높으면 텐터 클립에 열접착층이 녹아 클립 융착 가능성을 높게 하고, 최종 필름의 두께가 불량하여 부위별 기계적, 열접착성 편차가 심하여 제품 품질이 불량해진다.
한편, 연신비는 특별히 제한되지는 않지만 통상 2 내지 5배가 적당하며, 연신 방법에 있어서도 축차 2축 연신법 이외에 동시 2축 연신법 또는 2단 종방향 연신법이 적용될 수 있다.
이어서, 연신된 필름을 제 1 수지층의 용융온도(Tm) 보다 5 내지 30℃ 낮은 온도, 바람직하게는 5 내지 15℃ 낮은 온도에서 열고정한다. 통상적인 열고정 공정은 용융온도 보다 30 내지 50℃ 낮은 온도에서 수행되지만, 본 발명에서는 열고정을 기재 수지층의 용융온도에 가까운 온도에서 수행함으로써 최종 필름의 열수축률을 낮춤과 동시에, 미세결정을 다시 녹여주어 신도를 높이고 유연성을 향상시킬 수 있다. 즉, 열고정 온도가 상기 범위 보다 낮은 경우에는 열접착층이 녹지 않아 최종 필름의 열접착 강도가 현저히 떨어지고, 제 1 수지층의 결정화가 촉진되지 않아 최종 필름의 열 수축률이 높아 치수 안정성이 불량해진다. 한편, 열고정 온도가 상기 범위 보다 높은 경우에는 열에 의한 결정화가 급속하게 진행되어 필름의 헤이즈를 상승시키고 기계적 물성이 급격히 저하되며 온도가 용융온도에 너무 가까워 파단성이 심화되어 생산 안정성을 저해한다.
또한, 연신 후 열고정된 필름은 적당한 온도에 10% 범위 이내로 이완되어 연신 및 열고정에 의해 생긴 수축응력을 완화할 수 있으며, 이는 치수안정성 및 두께 편차를 개선시킬 수 있다.
상기에 따라 제조된 본 발명의 다층 지방족 폴리에스터 필름은 제 2 수지층 이 최종 제품 생산시 또 다른 제 2 수지층과 접착될 때 500 gf/inch 이상, 바람직하게는 800 gf/inch 이상의 열접착 강도를 나타내고, 100℃에서 5분 동안의 열풍 조건하에 측정한 종방향 및 횡방향의 열수축률이 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하인 것을 특징으로 한다.
제 2 수지층간의 열접착 강도가 500 gf/inch 이하인 경우에는 층과 층 사이의 밀착성이 떨어져 최종 필름에서 층간 박리현상에 일어날 수 있어, 포장용도에서 층과 층 사이에 벌어진 틈으로 내용물이 새거나 실링 부위에서 파단이 생길 수 있고, 100℃, 5분 열풍조건에서의 종방향 및 횡방향의 열수축률이 5% 이상인 경우에는 수축으로 인한 인쇄상 문제가 발생하고 인쇄 후 컬 발생이 심하여 말리는 현상이 있어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 다층 지방족 폴리에스터 필름은 스트레인-스트레스 곡선상에서의 초기 탄성 모듈러스가 50 내지 500 kgf/㎟, 바람직하게는 200 내지 350 kgf/㎟, 스티프니스(stiffness)가 1.0 gr/㎛ 이하, 바람직하게는 0.8 gr/㎛ 이하, 및 헤이즈가 20% 이하, 바람직하게는 10% 이하이다.
필름의 초기 탄성 모듈러스가 50 kgf/㎟ 이하인 경우에는 인쇄, 라미네이팅 등의 가공 공정에서 기계적인 텐션에 대한 저항력이 충분하지 못하여, 주행방향으로 주름이 발생하여 인쇄상 문제가 되고 주행 중에 파단이 발생하며, 500 kgf/㎟ 이상인 경우는 필름의 유연성이 저해된다. 또한, 필름의 스티프니스가 1.0 gr/㎛ 이상인 경우에는 필름이 너무 뻣뻣하여 연포장으로 사용했을 때 쉽게 깨지고, 특히 동절기에는 필름에 압력과 열을 받아 열접착이 취약해지며, 필름의 헤이즈가 20% 이상인 경우에는 투명성 불량으로 인해 사용이 제한된다.
아울러, 본 발명의 다층 필름은 내면과 외면과의 동마찰계수가 1.0 이하여서, 필름 생산 공정 및 인쇄 등의 후가공 공정에서 취급성 및 생산성이 우수하다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
용융온도가 154℃인 폴리락트산 수지(입수처: Nature Works LLC)와 슬립성을 위해 상기 동일한 폴리락트산 수지에 평균입경 2㎛의 이산화규소를 넣은 마스터배치 수지를, 최종필름중 이산화규소 함량이 0.07 중량%가 되도록 블렌딩하여 제 1 수지(A)를 제조하였다.
상기에서 제조한 제 1 수지와, D-락트산 함량이 12 중량%이고 용융온도가 존재하지 않는 비결정성 폴리락트산 수지(입수처: Nature Works LLC)로 된 제 2 수지(B)를 두 개의 압출기를 통하여 기어 펌프량을 조절하여 적층비가 각각 5:1이 되도록 용융압출시킨 다음 피이드 블록에서 2층(A/B)으로 적층한 후 T-다이를 통과시키고, 냉각드럼에서 냉각하여 2층 공압출 시트를 수득하였다.
수득한 공압출 시트를 2축 연신 장치를 이용하여 종방향 연신비 3.0배로 75℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 80℃에서 연신한 다음, 149℃에서 열고정한 후 3% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축 연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
실시예 2
제 2 수지로서, D-락트산 함량이 12 중량%인 비결정성 폴리락트산 수지와 유리전이온도가 -48℃인 지방족 폴리에스터 수지(이래화학社의 엔폴(Enpol) 수지 G4460 (PBAS))를 각각 90 중량% 및 10 중량%로 블렌딩하여 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 공정으로 2층(A/B) 공압출 시트를 수득하였다.
수득한 2층 공압출 시트를 종방향 연신비 3.0배로 70℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 75℃에서 연신한 다음, 130℃에서 열고정한 후 3% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축 연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
실시예 3
제 1 수지(A)로서 용융온도가 170℃ 이고, D-락트산 함량이 1.4 중량% 이며, 수평균 분자량이 110,000인 폴리락트산 수지를 사용하고, 제 2 수지(B)로는 D-락트산 함량이 12 중량%이고 용융온도가 존재하지 않는 비결정성 폴리락트산 수지와 동일 수지에 평균 입경 2㎛의 이산화규소를 넣은 마스터배치 수지를 최종필름의 이산화규소 함량이 0.07wt%가 되도록 블렌딩한 것을 사용하여, 실시예 1과 같은 공압출 공정으로 3층(B/A/B) 공압출 시트를 수득하였다.
수득한 3층 공압출 시트를 종방향 연신비 3.0배로 78℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 85℃에서 연신한 다음, 163℃에서 열고정한 후 3% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축 연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
비교예 1
제 1 수지층(A)으로서 용융온도가 존재하지 않고 D-락트산 함량이 12 중량%인 비결정성 폴리락트산 수지를 사용하고, 제 2 수지층(B)으로는 상기 제 1 수지층과 동일한 수지에 이산화규소 슬립제가 0.07 중량% 혼합된 것을 사용하여, 실시예 1과 같은 공정으로 2층(A/B) 공압출 시트를 수득하였다.
수득한 2층 공압출 시트를 종방향 연신비 3.0배로 70℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 80℃에서 연신한 다음, 100℃에서 열고정한 후 3% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축 연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
비교예 2
제 1 수지층(A)으로서 용융온도가 170℃이고, D-락트산 함량이 1.4 중량%이며, 수평균 분자량이 110,000인 폴리락트산 수지를 사용하고, 제 2 수지층(B)으로는 슬립제가 포함된 D-락트산 함량이 12 중량%인 비결정성 폴리락트산 수지와 유리전이온도가 -48℃인 지방족-방향족 폴리에스터 수지(이래화학社의 엔폴(Enpol) 수지 G8060(PBAT))을 각각 30 중량%와 70 중량%로 블렌딩한 것을 사용하여, 실시예 1과 같은 공정으로 2층(A/B) 공압출 시트를 수득하였다.
수득한 2층 공압출 시트를 종방향 연신비 3.0배로 67℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 70℃에서 연신한 다음, 100℃에서 열고정한 후 5% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축 연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
비교예 3
실시예 1에 사용된 제 1 수지층 및 제 2 수지층의 수지를 사용하여 수득한 3층(B/A/B) 공압출 시트를 종방향 연신비 3.0배로 50℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 55℃에서 연신한 다음, 100℃에서 열고정한 후 3% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축 연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
비교예 4
실시예 1에 사용된 제 1 수지층 및 제 2 수지층의 수지를 사용하여 수득한 2층(A/B) 공압출 시트를 종방향 연신비 3.0배로 105℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 120℃에서 연신한 다음, 145℃에서 열고정한 후 3% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축 연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
비교예 5
제 2 수지층으로서, D-락트산 함량이 1.4 중량%이고 수평균 분자량이 110,000이며 용융온도가 170℃인 폴리락트산 수지를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 공정으로 2층(A/B) 공압출 시트를 수득하였다.
수득한 2층 공압출 시트를 종방향 연신비 3.0배로 70℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 85℃에서 연신한 다음, 140℃에서 열고정한 후 3% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축 연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
비교예 6
제 1 수지층(A)으로서 용융온도가 154℃인 폴리락트산 수지와 용융온도가 125℃인 지방족-방향족 폴리에스터 수지(이래화학社의 엔폴(Enpol) 수지 G8060(PBAT))를 각각 40 중량%와 60 중량%로 블렌딩하여 사용하고, 제 2 수지층(B)으로는 슬립제가 포함된 D-락트산 함량이 12 중량%이고 수평균 분자량이 110,000인 비결정성 폴리락트산 수지를 사용하여, 실시예 1과 같은 공정으로 2층(A/B) 공압출 시트를 수득하였다.
수득한 2층 공압출 시트를 종방향 연신비 3.0배로 55℃에서 연신하고, 횡방향 연신비 3.8배로 75℃에서 연신한 다음, 100℃에서 열고정한 후 3% 이완하여, 30㎛의 두께를 가진 2축연신 폴리에스터 필름을 얻었다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에 따라 제조된 2축 연신의 다층 폴리에스터 필름에 대하여 성능 평가를 다음과 같이 실시한 후, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
(1) 열특성 분석 (Tg, Tm)
퍼킨엘머(Perkin-Elmer)제 시차주사형열분석기(DSC)를 이용하여 승온 속도 10℃/분으로 측정하여 최초 흡열변화를 유리전이온도(Tg, ℃), 다음에 나타나는 발 열곡선의 피크점을 결정화 온도(Tc, ℃) 및 계속해서 나타나는 흡열곡선의 피크점을 필름의 용융온도(Tm, ℃)로 하였다.
(2) 기계적 특성
ASTM D 882에 따라, 인스트론(INSTRON)사의 만능시험기(UTM, 모델명 4206-001)을 이용하여, 제조한 필름을 길이 약 100mm 및 폭 15mm로 절단한 후 척간 간격이 50mm가 되도록 장착하여 인장속도 200mm/분의 속도로 실험한 후, 설비에 내장된 프로그램에 의하여 인장강도(kgf/㎟), 파단신도(%) 및 초기 탄성모듈러스(kgf/㎟)를 측정하였다. 초기 탄성 모듈러스는 낮을수록 유연성이 우수한 것이다.
(3) 스티프니스(stiffness)(gr/㎛)
제조된 필름을 측정하려는 방향으로 길이 200mm 및 폭 15.4mm가 되도록 절단한 후 벤딩 스티프니스 테스터(bending stiffness tester)에 양 단부를 부착하고 그 중간 지점을 구부려서 하중을 가할 때 걸리는 힘을 단위두께로 나누어 환산하였다. 단위두께 당 걸리는 힘이 낮을수록 유연성이 우수한 것이다.
(4) 열수축률(%)
제조한 필름을 샘플을 측정하려는 방향으로 길이 200mm 및 폭 15mm가 되도록 절단하여, 100℃로 유지되는 공기 순환 오븐 내에서 5분간 유지시킨 후 필름의 길 이를 측정하여 하기 수학식 3에 의하여 종방향 및 횡방향의 열수축률을 계산하였다:
(5) 헤이즈(Haze)
일본정밀과학사(Nihon Semitsu Kogaku)의 헤이즈미터(모델명 : SEP-H)를 사용하여 측정하였다.
(6) 동마찰계수(μk)
ASTM D1894의 제1-C도에 의해 측정하였다.
(7) 제막 안정성
연신 필름의 파단성 및 평활도에 따라 다음과 같이 평가하였다.
○ (양호) : 파단이 없고, 최종 필름의 평활도가 우수하고 두께가 균일한 경우
△ (비교적 양호) : 파단성은 없으나, 최종 필름에 백탁현상이 있고 평활도가 불량한 경우
× (불량) : 필름의 파단 및 클립융착으로 인하여 장시간 생산이 곤란한 경우
(9) 열접착 강도
제조된 필름을 폭 15mm 및 길이 150mm로 절단하고, 열접착층끼리 서로 접하게 하여 40psi/1sec 조건의 열 구배(heat gradient)로 100℃에서 열접착한 후, 180℃ 형 박리 테스터(Peel Tester)를 사용하여 300m/min의 속도로 박리시켜, 박리시의 최대응력을 열접착 강도로서 측정하였다. 열접착 강도가 500 gf/inch 이상일 때 열접착 필름용으로 사용가능하다.
상기 표 1로부터, 본 발명에 따라 제조된 다층 지방족 폴리에스터 필름은 우수한 열접착성을 가짐과 동시에 충분한 기계적 특성, 치수안정성, 유연성, 투명성 등을 보유한 반면에, 비교예 1 내지 6의 필름은 그러하지 못함을 알 수 있다. 특히, 종방향 연신온도가 요구되는 온도 범위보다 높은 비교예 4의 필름 경우에는 종방향 연신공정에서의 롤 융착 및 횡방향 연신에서의 잦은 파단으로 인해 성능 평가를 할 수 없었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 다층 지방족 폴리에스터 필름은 생분해가능한 폴리락트산을 주성분으로 하면서도 우수한 열접착성을 가짐과 동시에 충분한 기계적 특성, 치수안정성, 유연성, 투명성을 보유하여 친환경적 포장용도로서 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (8)
- 제 1 수지층 및 이의 일면 또는 양면에 형성된 제 2 수지층을 포함하고,폴리락트산계 중합체를 50 내지 100 중량% 함유하는 제 1 수지, 및 D-락트산 함량이 5 중량% 이상인 폴리락트산계 중합체를 50 내지 100 중량% 함유하는 제 2 수지를 각각 용융시킨 후 공압출하여 얻은 시트를 제 1 수지층의 유리전이온도(Tg) 내지 Tg+40℃의 온도에서 종방향 연신하고 상기 종방향 연신온도 내지 종방향 연신온도+40℃의 온도에서 횡연신한 다음, 제 1 수지층의 용융온도(Tm)-5℃ 내지 Tm-30℃의 온도에서 열고정시킴으로써 제조되며,제 2 수지층의 열접착 강도가 500 gf/inch 이상이고, 필름의 100℃에서 5분 동안의 열풍 조건하에 측정한 종방향 및 횡방향의 열수축률이 5% 이하인 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
- 제 1 항에 있어서,50 내지 500 kgf/mm2의 스트레인-스트레스 곡선상에서의 초기 탄성 모듈러스 및 1.0 gr/㎛ 이하의 스티프니스(stiffness)를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
- 제 1 항에 있어서,20% 이하의 헤이즈를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
- 제 1 항에 있어서,1.0 이하의 동마찰계수를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
- 제 1 항에 있어서,제 1 수지층에 포함된 폴리락트산계 중합체가 135℃ 이상의 용융온도(Tm)를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
- 제 1 항에 있어서,제 2 수지층이 0℃ 이하의 유리전이온도(Tg)를 갖는 지방족 또는 지방족-방향족 폴리에스터 수지를 30 중량% 이하로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
- 제 1 항에 있어서,필름이 열고정 후에 10% 이내에서 이완된 것을 특징으로 하는, 다층 지방족 폴리에스터 필름.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 다층 지방족 폴리에스터 필름을 포함하는 포장재.
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