KR102311260B1 - Cpp 필름 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CPP 필름 제조방법 및 이에 따라 제조된 CPP 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압출시 터치롤로 이용되는 실리콘 롤을 코로나 처리하여 CPP 필름에 직접적인 코로나 처리 없이도 필름의 표면장력을 향상함에 따라 인쇄작업 및 접착작업이 용이한 CPP 필름 제조방법 및 이에 따라 제조된 CPP 필름에 관한 것이다.
본 발명의 CPP 필름 제조방법은 필름에 대한 직접적인 코로나 처리를 대신하여 실리콘 롤에 코로나 처리를 함에 따라 과전류 발생, 오존가스 발생 등 위험요소를 감소하여 작업환경을 개선하고, 생산 경비를 절감하는 효과가 있다. 또한 이에 따라 제조된 CPP 필름은 직접적인 코로나 처리 없이도 우수한 두께, 절연성, 내전해액성 및 접착강도를 가지는 점에 특징이 있다.

Description

CPP 필름 제조방법 및 이에 따라 제조된 CPP 필름 {Manufacturing method for CPP film and CPP film prepared by the same}

본 발명은 CPP 필름 제조방법 및 이에 따라 제조된 CPP 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압출시 터치롤로 이용되는 실리콘 롤을 코로나 처리하여 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene, CPP)필름 (이하, "CPP 필름"이라 함)에 직접적인 코로나 처리 없이도 필름의 표면장력을 향상함에 따라 인쇄작업 및 접착작업이 용이한 CPP 필름 제조방법 및 이에 따라 제조된 CPP 필름에 관한 것이다.

최근 대기공해에 따른 문제점이 심각하고 이로 인해 국가 간 외교문제로 확대되는 등 국제관계에서도 심각성을 나타내고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 국제기구를 중심으로 국가와 기업들이 연계되어 엔진자동차 대신 전기차로, 화석연료 대신 ESS(에너지 저장장치) 등으로 변화시키려는 클린에너지 동력원이 급속히 현실화 되고 있다.

현재 전세계적으로 리튬이온 파우치타입의 배터리가 IT용 소용량 뿐만 아니라 전기자동차 등의 중.대형에 사용하고 있다. 리튬이차전지는 작동 전압이 36V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용 되거나 또는 수 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되고 있다.

리튬이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.

파우치형 이차전지는 형태에 융통성을 가질 수 있고 보다 작은 부피 및 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다. 이러한 이차전지용 알루미늄 파우치는 상기 전극 조립체와 후속 공정에 의하여 내부로 유입된 전해액으로 이루어지는 전지 셀을 보호하고, 전지 셀의 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 알루미늄 박막이 개재된 형태로 구성되어 있다. 전지의 형상을 자유롭게 변형시킬 수 있다는 장점을 가지며 다층구조(내부수지층, 알루미늄층, 외부 수지층)로 이루어진 외장재로서 이차전지용 파우치가 사용된다. 대한민국 공개특허 제10-2020-0017133호와 같이 파우치 필름의 용도에 따라 적합한 코팅방식을 선택하여 성형성과 내구성을 향상하기 위한 연구가 진행되고 있다.

통상적으로 사용되는 이차전지용 파우치 필름은 열 접착성을 가져 실링제 역할을 하는 폴리에틸렌(poly ethylene, PE), 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene, CPP) 또는, 폴리프로필렌(poly propylene, PP) 등의 폴리올레핀 또는 이들의 공중합체에 의한 접착층으로 구성된 내부수지층, 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속박층인 알루미늄층, 상기 전지 셀을 외부의 충격으로부터 보호하기 위하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트(Poly ethylene naphthalate, PEN), 나일론(Nylon) 수지 또는 액정고분자수지(Liquid Crystal Polymer, LCP) 등의 기능성 고분자 필름이 외부 수지층을 형성하는 다층막 구조로 구성되어 있다.

알루미늄층을 금속박층으로 이용하는 경우 외부의 충격으로부터 보호하기 위하여 알루미늄 박막상에 나일론 (Nylon) 수지 등을 이용한 외층을 형성하고, 알루미늄 박막의 안쪽 면에는 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(poly propylene, PP) 등의 폴리올레핀 등을 이용한 내층을 형성한다.

그러나 위와 같은 알루미늄 파우치를 사용하는 이차전지는 다양한 공정에서 여러가지 이유로 손상을 입을 수 있다. 전극 조립체를 파우치 내부에 수납하는 과정에서 전극 탭이나 전극 리드 등의 돌출부위가 파우치 내층에 크랙(crack) 등의 손상을 주게 되고, 이러한 손상에 의해 상기 알루미늄층이 노출될 수 있다. 또한, 파우치를 실링하는 경우에는 외부에서 열이 가해지게 되는데, 이러한 열에 의하여서도 미세한 핀홀이 발생하거나 파우치가 내상을 입어 내부 접착층에 크랙이 발생하여 상기 알루미늄층이 전해액 등에 노출될 수 있다.

전해액에 노출된 알루미늄층은 전지내부로 침투 또는 확산된 전해액과 산소 또는 수분과 화학 반응을 일으키게 되어 부식될 수 있으며, 이를 통해 부식성 가스가 발생하여 전지 내부를 팽창시키는 스웰링(swelling)현상이 발생하게 되는 문제점이 있다.

LiPF6가 물 및 산소와 반응하여 부식성 가스인 플루오르화수소산(HF)을 생성하면 알루미늄과 반응하여 급격한 발열반응을 일으킬 수 있고, 2차 반응으로 알루미늄 표면으로 흡착되어 조직 내부로 침투하게 되면 조직의 취성이 증가하여 미세 충격에도 파우치 필름의 크랙이 발생하여 전해액의 누액으로 인해 리튬과 대기가 반응하여 발화가 발생할 수 있는 문제점도 있다.

CPP 필름의 경우 PP(Polypropylene)를 무연신으로 T-다이(die) 공법을 사용하여 제조한 필름을 말한다. CPP 필름은 OPP 필름에 비하여 투명도나 광택이 다소 떨어지나 저온 충격강도 및 열 봉합성이 우수하여 PET 필름과 합지하면 우수한 방습성을 가질 수 있다. 이러한 특징을 가진 CPP 필름은 그 투명성, 표면광택도 및 기계적 강도가 우수하여 빙과, 스낵, 쿠키 등의 방습성 식품의 포장재의 차별화를 위하여 많이 활용되고 있으며, 인쇄용으로도 사용이 가능하다. 그러나, 이러한 CPP 필름은 제품의 표면장력으로 인해 장식용 시트 등으로 제조할 시 인쇄작업이나 접착작업에서 어려움이 있으며, 제품의 표면강도와 물성이 떨어져 약한 충격에도 쉽게 스크레치 등이 발생한다는 문제점이 있다.

이에 따라 대한민국 등록특허 제10-0818696호와 같이 필름의 매끄러운 표면의 표면장력을 좋게 하여 인쇄작업 및 접착작업을 용이하게 하도록 코로나 처리 공정을 거칠 수 있다. 그러나 코로나 처리에 따라 오존가스 등 위해요소가 다량 발생하고, 과전류 발생 등의 위험이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2020-0017133호 대한민국 등록특허 제10-0818696호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, CPP 필름 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 CPP 필름 제조방법에 따라 제조된 CPP 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

알루미늄 파우치 필름을 구성하는 CPP 필름의 제조방법에 있어서,

T-다이 압출장치의 실리콘 롤에 유리막 코팅을 하는 제1단계;

상기 유리막 코팅된 실리콘 롤을 코로나 처리하는 제2단계;

상기 코로나 처리된 실리콘 롤을 상기 T-다이 압출장비의 폴리싱롤과 합체하는 제3단계; 및

상기 코로나 처리된 실리콘 롤이 합체된 압출장비를 통해 수지를 압출시켜 CPP 필름을 제조하는 제4단계;를 포함하는 CPP 필름 제조방법을 제공한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 CPP 필름 제조방법에 따라 제조된 CPP 필름을 제공한다.

본 발명의 CPP 필름 제조방법은 필름에 대한 직접적인 코로나 처리를 대신하여 실리콘 롤에 코로나 처리를 함에 따라 과전류 발생, 오존가스 발생 등 위험요소를 감소하여 작업환경을 개선하고, 생산 경비를 절감하는 효과가 있다.

본 발명의 CPP 필름은 직접적인 코로나 처리 없이도 우수한 두께, 절연성, 내전해액성 및 접착강도를 가지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 코로나 처리된 실리콘 롤의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법을 구현하기 위한 T-다이 압출장비의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제조방법을 구현하기 위한 T-다이 압출장비의 부분별 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CPP 필름의 사진이다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 알루미늄 파우치 필름을 구성하는 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene, CPP) 필름의 제조방법에 있어서, T-다이 압출장치의 실리콘 롤에 유리막 코팅을 하는 제1단계; 상기 유리막 코팅된 실리콘 롤을 코로나 처리하는 제2단계; 상기 코로나 처리된 실리콘 롤을 상기 T-다이 압출장비의 폴리싱롤과 합체하는 제3단계; 및 상기 코로나 처리된 실리콘 롤이 합체된 압출장비를 통해 수지를 압출시켜 CPP 필름을 제조하는 제4단계;를 포함하는 CPP 필름 제조방법을 제공한다.

먼저 실리콘 롤에 유리막 코팅을 하는 제1단계에 대하여 설명한다.

실리콘 롤 표면에 코로나 처리하기 전 유리막 코팅을 진행하여 코로나 처리에 따른 효과를 향상할 수 있다. 도 1은 본 발명의 코로나 처리된 실리콘 롤의 단면을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참고하여 설명하면, 본 발명의 실리콘 롤은 샤우드축, SUS 롤, 및 실리콘 롤이 적층된 구조일 수 있다. 특히 실리콘 롤은 마텐스 경도 9 내지 10으로 유리막 표면 코팅 처리함이 바람직하다.

다음으로 유리막 코팅된 실리콘 롤을 코로나 처리하는 제2단계에 대하여 설명한다.

코로나 처리란 매끄러운 표면의 표면장력을 항샹하여 특수잉크 등이 점착되는 특성을 갖도록 하기 위한 공정이다. 방전에 의한 물리적인 표면개질과, 관능기 생성에 따른 화학적 표면개질을 통해 친수성, 접착성, 인쇄성, 코팅특성, 증착특성 등을 향상할 수 있다. 특히 접착제를 기재에 도공하기 전 코로나 처리를 실시하는 경우 접착제와 기재와의 접착력 강화를 위해 사용된다.

이차전지용 파우치형 필름의 경우 외부수지층, 접착층, 금속박층, 접착층, 및 내부수지층이 적층된 구성이고, 각 층의 접착강도에 따라 최종 제조된 필름의 내구성이 결정된다. 내부수지층을 이루는 CPP 필름의 두께, 절연성, 내전해액성, 접착강도, 열융착강도에 따라 최종 이차전지용 필름의 품질에 영향을 줄 수 있다.

내층을 이루는 CPP 필름의 물성, 특히 접착강도를 향상하기 위하여 종래의 기술은 CPP 필름을 코로나 처리하였다. 그러나 이 경우 코로나 처리 공정의 시간이 길어짐에 따라 오존가스, 과전류가 다량 발생하고, 작업환경이 열악해지며, 전기료 등 생산 경비가 증가하는 문제가 있다.

반면, 본 발명의 제조방법은 CPP 필름에 직접적으로 코로나 처리를 하는 대신 CPP 필름을 제조하는 장치의 일 구성인 실리콘 롤에 코로나 처리를 하는 단계를 포함한다. 유리막 코팅을 통해 코로나 처리 가능한 실리콘 롤을 준비하고, 50 다인(dyne) 이상의 다인수로 처리한 실리콘 롤을 이용하여 제조된 CPP 필름의 접착성능을 개선함이 바람직하다.

다음으로 코로나 처리된 실리콘 롤을 T-다이 압출장비에 합체하는 제3단계에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 제조방법을 구현하기 위한 T-다이 압출장비의 모식도이다. 도 2를 참고하여 설명하면, 본 발명에 따라 코로나 처리된 실리콘 롤은 압출장비의 폴리싱롤과 합체하여 필름을 생산 및 접촉강도를 향상할 수 있다. 교환이 가능한 터치롤의 형태일 수 있고, 생산 필름의 다인 수 저하시 실리콘 롤을 분리하여 코팅 및 코로나 처리를 반복하여 재사용할 수 있다.

마지막으로 압출장비를 통해 수지를 압출시켜 CPP 필름을 제조하는 제4단계에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제조방법을 구현하기 위한 T-다이 압출장비의 부분별 모식도이다. 도 3을 참고하여 설명하면, CPP 필름 성형장치는 압출부, 냉각부, 인취부, 및 권취 장치로 구성된다. 도 3의 (a)는 압출부, (b)는 냉각부, (c)는 인취부, (d)는 권취부이다.

압출장치는 Single 또는 Multi Screw Extruder를 구성하며, 스크류는 대략 800 ~ 2400mm일 수 있다. 냉각부는 500 ~ 750mm 구경의 수냉식 실린더와 에어 나이프에 의해 밀착되어 냉각기능을 할 수 있고, 본 발명의 경우 실리콘 롤과 합체되어 CPP 필름의 접착강도를 향상하는 기능을 할 수 있다. 인취부는 인취롤 속 필름 내 고분자를 일정한 방향으로 늘어서 배향성을 갖게 하고, 권취부는 두께조절장치 또는 후가공 장치를 지나 와인더로 감아내는 기능을 한다.

석유화학업체에서 제조된 여러 가지 베이스레진을 각층별 레이어에 따른 소재의 화학적 물성을 분석하여 이를 재혼합한 후 콤파운더를 통해 블랭딩 가공하여 스킨층 레이어 필름소재와 코어층 레이어 필름소재를 형성한다.

그리고 이 소재를 멀티 필름 Extruder와 T-die를 통해 필름을 토출해 내면서 냉각장치인 폴리싱롤에 감아 와인딩하는 과정을 거치게 된다. 일반적인 CPP 필름은 이렇게 와인딩되는 중간과정에서 전기자극에 의한 코로나 처리가 이루어지게 되고 필름을 지관에 말아 감는 최종적인 와인딩을 통해 제품이 완성되게 된다. 반면 본 발명에 따른 CPP 필름 제조방법은 필름이 T-Die에서 토출되어 냉각장치인 폴리싱롤에 감길 때, 별도의 코로나 처리된 실리콘 롤로 터치 압착하여 필름에 코로나 처리효과를 부여하고 와인딩하여 제품화하는 과정을 거친다.

본 발명의 CPP 필름 제조방법은 필름에 대한 직접적인 코로나 처리를 대신하여 실리콘 롤에 코로나 처리를 하는 특징이 있고, 이에 따라 과전류 발생, 오존가스 발생 등 위험요소를 감소하여 작업환경을 개선하고, 생산 경비를 절감할 수 있는 점에서 우수하다.

본 발명의 다른 일측면에 따르면, 본 발명의 CPP 필름 제조방법에 따라 제조된 CPP 필름을 제공한다.

본 발명에 따른 CPP 필름은 그 용도 및 사용 부위에 따라 시트의 두께를 조절하여 30 ~ 50μm로 제조될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CPP 필름의 사진이다. 본 발명에 따라 제조된 CPP 필름의 경우 특히 이차전지용 알루미늄 파우치 필름에 적합하다. 파우치형 이차전지는 형태에 융통성을 가질 수 있고, 작은 부피 및 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있어 활용도가 높다.

<실시예 - CPP 필름 제조>

(1) 코로나 처리된 실리콘 롤 준비

본 발명의 실리콘롤은 이형성이 좋은 UNI-C형의 실리콘롤을 사용하였다. UNI-C형 실리콘 롤에 특수점착제를 입히고, 그 위에 두께 0.2mm의 유리막코팅 처리하여 투명성을 입힌 후 경화과정을 거쳤다. 마텐스 경도 9~10의 상태가 유지될 때 유리막처리로 특수코팅된 실리콘 롤을 회전시키며 코로나 전기자극을 주어 코팅면에 미세한 자극이 가해진 코로나 처리된 실리콘 롤을 얻었다.

유리 코팅막에 대한 코로나 처리는 최소 50 dyene 이상의 결과가 나오도록 하였고, 사용량에 따른 코팅막 마모정도를 측정하여 50 dyene 이하시 코팅 및 코로나 처리를 재실시하였다. 코로나 처리롤은 폴리싱롤보다는 필름을 감는 폴리싱롤에 일정한 압력을 주는 터치롤로 사용함이 바람직하므로 직경 ø300mm ~ø350mm 이하가 되도록 조절하였다.

(2) CPP 필름 제조

일반적인 CPP 필름 제조방법에 의하되, 와인딩되는 중간과정에서 필름에 직접적인 전기자극을 가하여 코로나 처리를 하는 대신 코로나 처리된 실리콘 롤로 필름을 터치 압착하여 와인딩하였다.

본 발명의 제조장법에 따라 제조된 CPP 필름은 별도의 코로나 처리를 가하지 않음에도 점착층인 스킨층에 무리한 자극 없이 우수한 접착강도, 열융착강도를 확보할 수 있다. 또한 최근 2차전지의 용량 대형화에 따라 70~80μm의 두께를 가지도록 조절할 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 알루미늄 파우치 필름을 구성하는 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene, CPP) 필름의 제조방법에 있어서,
   T-다이 압출장치의 실리콘 롤에 마텐스 경도 9 내지 10으로 유리막 코팅을 하는 제1단계;
   상기 유리막 코팅된 실리콘 롤을 코로나 처리하는 제2단계;
   상기 코로나 처리된 실리콘 롤을 상기 T-다이 압출장비의 폴리싱롤과 합체하는 제3단계; 및
   상기 코로나 처리된 실리콘 롤이 합체된 압출장비를 통해 수지를 압출시켜 두께는 30 ~ 50μm인 CPP 필름을 제조하는 제4단계;를 포함하는 CPP 필름 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 실리콘 롤은 샤우드축, SUS 롤, 및 실리콘 롤이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 CPP 필름 제조방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 코로나 처리는 50 다인(dyne) 이상의 다인수로 처리되는 것을 특징으로 하는 CPP 필름 제조방법.
   
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