KR20150077746A - 폴리에스테르 다층필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 다층필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 낮은 열변형률을 가지며, 높은 치수안정성으로 터치스크린이나 LCD용 BLU 제조에 사용 시 공정성 및 그 물성이 우수한 폴리에스테르 다층필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리에스테르 다층필름 및 이의 제조방법{POLYESTER MULTI-LAYER FILM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 폴리에스테르 다층필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 낮은 열변형률을 가지며, 높은 치수안정성으로 터치스크린이나 LCD용 BLU 제조에 사용 시 공정성 및 그 물성이 우수한 폴리에스테르 다층필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

ITO용 광학용필름은 터치스크린용에 사용되는 필름으로 주로 폴리에스테르 필름에 ITO(Indium Tin Oxide)를 코팅하여 사용하고 있다.

터치스크린 패널은 키보드나 마우스와 같은 입력장치를 사용하지 않고 화면에 나타난 문자나 특정위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면 그 위치를 파악하여 특정한 기능을 처리하도록 한 패널이다. 이러한 터치스크린이나 ITO용 베이스필름, ITO공정용 필름은 후가공 공정에서 고온의 열처리를 받게 되는데 이 고온공정에서 폴리에스테르 필름의 열변형이 되어 컬이나 주름이 발생하는 등의 문제가 생기게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 낮은 열변형률을 가지며, 높은 치수안정성으로 터치스크린이나 LCD용 BLU 제조에 사용 시 공정성 및 그 물성이 우수한 필름을 제공하고자 한다.

본 발명의 발명자들은 열변형율아 적은 필름을 제조하기 위하여 연구한 결과, 공압출에 의해 3층 이상의 다층필름으로 제조하고, 필름 제조 시 사용되는 폴리에스테르수지의 디에틸렌글리콜 함량과, 필름 제조 시 이완율을 조절함으로써 목적으로 하는 필름을 제조할 수 있음을 발견하게 되어 본 발명을 완성하였다.

보다 구체적으로 본 발명은 폴리에스테르필름이 3층 이상 적층된 다층필름으로, 필름 폭이 1m일 때 200N 장력 하에서 120℃에서 5분간 열처리하고, 140℃에서 5분간 열처리 한 후, 열기계분석기(TMA)를 이용하여 측정된 길이변화가 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 폴리에스테르 다층필름에 관한 것이다.

[식 1]

80℃ 지점에서 길이 - 초기 길이 ≤ 20㎛

[식 2]

90℃ 지점에서 길이 - 초기 길이 ≤ 25㎛

(상기 식 1 및 식 2는 16mm×5mm인 시편을 열기계분석기(TMA)를 이용하여 5g의 하중을 가하면서, 40℃에서부터 180℃까지 5℃/min의 승온 속도로 승온을 하면서 초기 길이대비 80℃ 지점 및 90℃ 지점의 길이변화를 측정한 것이다.)

또한 본 발명은

a)　코어층용 제 1 폴리에스테르 수지 조성물과, 스킨층용 제 2 폴리에스테르 수지 조성물을 용융 압출하여 3층 이상 적층되도록 공압출하는 단계;

b) 공압출된 시트를 이축 연신하여 필름을 제조하는 단계;

c) 연신된 필름을 열고정하는 단계; 및

d) 하기 식 3에 따른 폭방향의 이완율이 0 ~ 10 %을 만족하는 범위로 이완을 수행하는 단계;

[식 3]

이완율(%) = (연신공정의 최대폭 - 연신공정의 최소폭) / 연신공정의 최대폭 × 100

를 포함하는 폴리에스테르 다층필름의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 다층필름은 내열성이 우수하므로 열변형이 적고, 열수축이 작으며, 표면 특성이 우수하여 후 가공성이 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 폴리에스테르 필름은 터치패널 필름 중 ITO 보호용 내열 필름 등에 사용하기에 적합한 광학물성을 가지며, 필름 전폭에 대한 열수축율이 제어되어 후공정성 특히, ITO필름, ITO내열보호필름, 저간섭무늬 폴리에스테르 필름 등 3장 이상의 필름의 라미네이션 공정에의 공정성 확보가 용이하다.

이하는 본 발명의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 양태는 폴리에스테르필름이 3층 이상 적층된 다층필름으로, 필름 폭이 1m일 때 200N 장력 하에서 120℃에서 5분간 열처리하고, 140℃에서 5분간 열처리 한 후, 열기계분석기(TMA)를 이용하여 측정된 길이변화가 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 폴리에스테르 다층필름이다.

[식 1]

80℃ 지점에서 길이 - 초기 길이 ≤ 20㎛

[식 2]

90℃ 지점에서 길이 - 초기 길이 ≤ 25㎛

(상기 식 1 및 식 2는 16mm×5mm인 시편을 열기계분석기(TMA)를 이용하여 5g의 하중을 가하면서, 40℃에서부터 180℃까지 5℃/min의 승온 속도로 승온을 하면서 초기 길이대비 80℃ 지점 및 90℃ 지점의 길이변화를 측정한 것이다.)

본 발명의 일 양태에서 상기 길이변화가 식 1 및 식 2를 동시에 만족하는 범위에서 광학필름에 적용 시 후 가공공정에서 열수축이 발생하지 않는 내열성이 우수한 광학용 필름이라 할 수 있다. 80℃ 지점에서 길이가 초기 길이 대비 20㎛ 초과하거나, 90℃ 지점에서 길이가 초기 길이 대비 25㎛ 초과할 경우는 후가공 공정에서 주름 등의 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다층필름은 90℃에서 60분간 열처리 후, 길이방향의 수축율이 0.3% 이하, 보다 구체적으로 0 ~ 0.3%이고, 폭방향의 수축율이 0.2% 이하, 보다 구체적으로 0 ~ 0.2%인 것일 수 있다. 길이방향의 수축율이 0.3% 초과이거나, 폭방향의 수축율이 0.2% 초과인 경우는 열수축이 심하게 발생하므로 후가공 공정 시 열수축이 발생하여 불량을 야기할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다층필름은 면배향계수가 0.158 이상, 보다 구체적으로는 0.158 ~ 0.160인 것일 수 있다. 면배향계수가 0.158 미만인 경우는 배향도가 낮아 후가공 공정에서 주름 등의 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리에스테르 다층필름은 코어층, 상기 코어층의 양면에 적어도 2층 이상이 적층된 스킨층을 포함하는 3층 이상으로 이루어진 것일 수 있으며, 공압출에 의해 형성된 것일 수 있다.

상기 다층필름은 전체 두께가 50 ~ 300㎛이고, 코어층이 전체 필름 두께의 70 ~ 90%이고, 스킨층이 전체 필름 두께의 10 ~ 30%인 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 코어층의 함량이 70 내지 80 중량%이며, 스킨층의 함량이 20 내지 30중량%인 것이 공압출 시 계면안정화가 우수하고 올리고머의 차단성이 우수하므로 효과적이다.

상기 코어층 및 스킨층에 사용되는 폴리에스테르 수지는 동일 또는 상이한 것을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 고유점도가 0.5 내지 1.0인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.60 내지 0.80인 것이 효과적이다. 기재층 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 고유점도가 0.5 미만일 경우에는 내열성이 감소될 수 있으며, 1.0초과일 경우에는 원료 가공이 용이하지 않아 작업성이 감소할 수 있다. 또한, 상기 코어층에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지의 디에틸렌글리콜 함량이 0.85 중량%이하, 보다 구체적으로 0.1 ~ 0.85 중량%인 것이 바람직하다. 디에틸렌글리콜 함량이 0.85 중량% 초과인 경우는 상기 식 1 및 식 2를 만족할 수 없으며, 열수축율 및 면배향 계수가 목적으로 하는 물성을 달성할 수 없다. 이러한 물성을 모두 달성하지 못하는 경우는 후가공 공정에서 주름 등의 외관 문제가 발생할 수 있기 때문에 광학필름으로 적용이 곤란하며, 특히 LCD용 BLU, ITO용 필름으로 적용하는데 곤란하다.

또한, 폴리에스테르 수지가 상기 범위의 고유점도 및 디에틸렌글리콜 함량을 갖기 위해서 당해 기술분야에서 자명한 합성방법으로 제조할 수 있으나, 특히, 고상중합으로 제조되는 것이 디에틸렌글리콜 함량을 줄이고, 고유점도를 조절하는데 효과적이다.

본 발명에서 필요에 따라 상기 스킨층에 슬립성을 부여하기 위하여 입자를 더 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 스킨층은 평균입경이 3㎛이하, 보다 구체적으로는 0.5 ~ 3㎛인 무기입자를 10 ~ 50ppm으로 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 무기입자로는 실리카, 제올라이트, 카올린과 같이 필름에서 사용되는 입자는 모두 가능하다. 이러한 무기입자는 연신공정을 통해 필름의 표면으로 나와서 필름의 슬립성 및 권취성을 향상시킨다. 입자크기가 3㎛초과이면 광학용 및 터치판넬용에 사용시 투명도가 급격하게 떨어지고 빛 투과도가 많이 떨어지고 BLU평가시 육안으로 결점판단이 어려워져서 광학용으로 사용하기 곤란하다. 또한, 입자의 함량이 10ppm이하로 사용하여도 필름의 투명성이 많이 떨어지며, 또한 조도(Ra)가 10nm이상으로 평활성이 떨어지므로 광학용 특히 터치판넬용으로 사용하기 곤란할 수 있다. 또한 입자함량이 50ppm을 초과하여 사용하는 경우 0.5㎛ 미만의 입자를 사용하더라도 필름의 투명도가 떨어지게 되어 터치판넬용으로 적합하지 않다.

본 발명의 코어층과 스킨층을 포함하는 폴리에스테르 다층필름의 제조는 제한되지 않지만 적어도 두 개 이상의 용융압출기에서 압출 용융 후 캐스팅하고, 이축연신에 의하여 얻어질 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 한 압출기에서 폴리에스테르를 압출시키고, 또 다른 압출기에서 폴리에스테르와 실리카나 카올린, 제올라이트와 같은 무기입자 등의 첨가제를 동시에 용융 압출시킨 후 각각의 용융물이 피드블럭에서 만나 공압출되고 캐스팅하고, 냉각한 다음 순차적으로 이축연신한 후, 열처리 및 이완공정을 거쳐 제조된 것일 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명의 폴리에스테르 다층필름 제조방법은

a)　코어층용 제 1 폴리에스테르 수지 조성물과, 스킨층용 제 2 폴리에스테르 수지 조성물을 용융 압출하여 3층 이상 적층되도록 공압출하는 단계;

b) 공압출된 시트를 이축 연신하여 필름을 제조하는 단계;

c) 연신된 필름을 열고정하는 단계; 및

d) 하기 식 3에 따른 폭방향의 이완율이 0 ~ 10 %을 만족하는 범위로 이완을 수행하는 단계;

[식 3]

이완율(%) = (연신공정의 최대폭 - 연신공정의 최소폭) / 연신공정의 최대폭 × 100

를 포함한다.

보다 구체적으로 상기 a)단계에서, 코어층의 양면에 스킨층이 적어도 2층 이상 적층되도록 공압출 된 것일 수 있다.

또한, 상기 제 1 폴리에스테르 수지 조성물 및 제 2 폴리에스테르 수지 조성물은 디에틸렌글리콜 함량이 0.85 중량%이하인 폴리에스테르 수지를 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 제 2 폴리에스테르 수지 조성물은 평균입경이 3㎛이하인 무기입자를 10 ~ 50ppm으로 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 b)단계에서 이축연신은 기계방향으로 연신 후 폭방향으로 연신하는 것일 수 있으며, 이때 연신비는 기계방향으로 2 ~ 4배, 폭방향으로 2 ~ 5배 연신하는 것일 수 있다.

상기 c)단계에서 열고정은 150 ~ 250℃에서 수행하는 것이 바람직하다.

상기 d)단계에서 폭방향의 이완율이 0 ~ 10 %을 만족하는 범위로 이완을 수행함으로써 목적으로 하는 물성을 만족하는 필름을 제조할 수 있다.

본 발명에서 상기 식 3에서, 연신공정의 최대폭이란, 필름이 연신에 의해 연신 공정 상에서 가장 넓은 폭일 때의 길이를 의미하고 연신공정의 최소폭이란 연신된 필름이 이완에 의해 연신 공정 상에서 가장 좁은 폭일 때의 길이를 의미한다.

이하는 본 발명의 보다 구체적인 설명을 위하여 실시예를 들어 설명을 하는바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하 물성은 다음의 측정방법으로 측정을 하였다.

1) 길이변화

필름 폭이 1m일 때 200N 장력 하에서 120℃에서 5분간 열처리하고, 140℃에서 5분간 열처리 한 후, 열기계분석기(TMA, TA Instrument사, Q400)를 이용하여 하기 측정조건에 따라 길이 변화를 측정하였다. 측정 조건은 다음과 같다.

시편 사이즈 : 16mm x 5mm

온도 : 40 ~ 180℃ 까지 승온, 승온 속도 5℃/min

Load : 5g (시편에 가해지는 Load-cell의 질량)

80℃ 지점에서 길이와 90℃ 지점에서 길이를 측정하여 초기 길이 대비 변화를 관찰하였다.

2) 열수축율

필름을 200mm × 200mm으로 재단하여 90℃의 오븐에서 60분간 방치한 후, 열수축된 필름의 길이 및 폭 방향의 열수축율을 하기 식에 따라 구하였다.

3) 면배향 계수

필름을 40mm × 8mm로 재단하여 ABBE 굴절계를 이용하여 길이, 폭 및 두께 방향의 굴절률을 측정한 후 하기의 식에 따라 면배향계수를 구하였다.

4) 고유점도

페놀과 1,1,2,2-테트라클로로 에탄올을 6:4의 무게비로 혼합한 시약 100ml에PET 펠렛(샘플) 0.4g을 넣고 90분간 용해시킨 후, 우베로데 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 흡인 장치(aspirator)를 이용하여 용액의 낙하 초수를 구했다. 용매의 낙하 초수도 동일한 방법으로 구한 다음, 하기 수학식 1 및 2에 의해 R.V 값 및 I.V값을 계산하였다.

하기 수학식에서 C는 시료의 농도를 나타낸다.

[수학식 1]

[수학식 2]

5) DEG(Diethylene glycol) 함량

디에틸렌글리콜(DEG, Diethylene Glycol)의 함량은 시료 1 g을 50 mL 용기에 넣은 후, 모노에탄올아민 3 mL를 가하고 핫 플레이트를 이용하여 가열하여 시료를 완전히 용해시킨 다음, 100 ℃로 냉각시켜 1,6-헥산디올 0.005g을 메탄올 20 mL에 용해시킨 용액을 가하고, 테레프탈산 10 g을 가하여 중화시켰다. 얻어진 중화액을 깔대기 및 여과지를 사용하여 여과한 후 여액을 기체 크로마토그래피(Gas Chromatography)하여 DEG 함량(중량%)을 측정하였다. GC 분석은 시마주(Shimadzu) GC 분석기를 사용하고 시마주 GC 매뉴얼에 따라 측정하였다.

[실시예 1]

코어층으로 고유점도가 0.65이고, 디에틸렌글리콜의 함량이 0.85중량%인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 압출기에 투입하여 용융압출하였으며, 스킨층에는 고유점도가 0.65이고, 디에틸렌글리콜의 함량이 0.85중량%인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고, 입경이 0.7㎛인 실리카입자를 전체 폴리에틸렌테레프탈레이트 중량 대비 30ppm을 사용하여 용융압출하여 공압출 캐스팅하였다. 이후 각각 기계방향으로 3배, 폭방향으로 3.6배로 순차적으로 연신하고 230℃에서 열처리한 후, 폭방향으로 이완율을 7% 부여하여 250㎛의 폴리에스테르 다층필름을 제조하였다.

이때 스킨층의 입자 구성과 함량은 표1에 나타내었다.

상기의 다층필름의 코어층은 전체필름중량의 80%, 스킨층은 전체필름중량의 20% 로 하였으며, 필름의 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.

[실시예 2-3]

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 코어층 및 스킨층의 중량을 달리하여 실험한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

얻어진 필름에 대하여 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.

[실시예 4-5]

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 스킨층의 입자 함량을 달리하여 실험한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

얻어진 필름에 대하여 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일하게 실시하되, 코어층에는 고유점도가 0.65이고 디에틸렌글리콜의 함량이 1.2중량%인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고, 스킨층에는 고유점도가 0.65이고 디에틸렌글리콜의 함량이 1.2중량%인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였다.

얻어진 필름에 대하여 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.

[비교예 2 - 3]

비교예 1과 동일하게 실시하되, 스킨층의 중량만 달리하여 표 1과 같이 실시하였다. 얻어진 필름에 대하여 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.

[비교예 4-5]

비교예 1과 동일하게 실시하되, 스킨층의 입자 함량을 달리하여 실험한 것을 제외하고는 표 1과 같이 실시하였다.

얻어진 필름에 대하여 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.

[비교예 6]

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 스킨층과 코어층에 디에틸렌글리콜의 함량이 0.95 중량%인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 실험한 것을 제외하고는 비교예 5과 동일하게 실시하였다.

얻어진 필름에 대하여 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.

[표 1]

*A/B/A로 공압출함. (Skin층 두께는 양 A층의 총량)

[표 2]

상기 표에서 보이는 바와 같이, 폴리에스테르수지의 DEG함량이 0.85%이고 폭방향으로 이완을 부여한 실시예에서 80℃ 지점에서 길이변화 및 90℃ 지점에서 길이변화가 적은 것을 확인하였으며, 열수축율이 낮고, 면배향계수가 높은 것을 확인하였다.

Claims (10)

1. 폴리에스테르필름이 3층 이상 적층된 다층필름으로, 필름 폭이 1m일 때 200N 장력 하에서 120℃에서 5분간 열처리하고, 140℃에서 5분간 열처리 한 후, 열기계분석기(TMA)를 이용하여 측정된 길이변화가 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 폴리에스테르 다층필름.
   [식 1]
   80℃ 지점에서 길이 - 초기 길이 ≤ 20㎛
   [식 2]
   90℃ 지점에서 길이 - 초기 길이 ≤ 25㎛
   (상기 식 1 및 식 2는 16mm×5mm인 시편을 열기계분석기(TMA)를 이용하여 5g의 하중을 가하면서, 40℃에서부터 180℃까지 5℃/min의 승온 속도로 승온을 하면서 초기 길이대비 80℃ 지점 및 90℃ 지점의 길이변화를 측정한 것이다.)
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다층필름은 90℃에서 60분간 열처리 후, 길이방향의 수축율이 0.3% 이하이고, 폭방향의 수축율이 0.2% 이하인 폴리에스테르 다층필름.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 다층필름은 면배향계수가 0.158 이상인 폴리에스테르 다층필름.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 다층필름은 코어층과 이의 양면에 적어도 2층 이상이 공압출되어 적층된 스킨층을 포함하는 3층 이상인 폴리에스테르 다층필름.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 다층필름은 전체 두께가 50 ~ 300㎛이고, 코어층이 전체 필름 두께의 70 ~ 90%이고, 스킨층이 전체 필름 두께의 10 ~ 30%인 폴리에스테르 다층필름.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 코어층 및 스킨층은 디에틸렌글리콜 함량이 0.85 중량%이하인 폴리에스테르 수지를 포함하는 것인 폴리에스테르 다층필름.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 스킨층은 평균입경이 3㎛이하인 무기입자를 10 ~ 50ppm으로 더 포함하는 것인 폴리에스테르 다층필름.
8. a)　코어층용 제 1 폴리에스테르 수지 조성물과, 스킨층용 제 2 폴리에스테르 수지 조성물을 용융 압출하여 3층 이상 적층되도록 공압출하는 단계;
   b) 공압출된 시트를 이축 연신하여 필름을 제조하는 단계;
   c) 연신된 필름을 열고정하는 단계; 및
   d) 하기 식 3에 따른 폭방향의 이완율이 0 ~ 10 %을 만족하는 범위로 이완을 수행하는 단계;
   [식 3]
   이완율(%) = (연신공정의 최대폭 - 연신공정의 최소폭) / 연신공정의 최대폭 × 100
   를 포함하는 폴리에스테르 다층필름의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제 1 폴리에스테르 수지 조성물 및 제 2 폴리에스테르 수지 조성물은 디에틸렌글리콜 함량이 0.85 중량%이하인 폴리에스테르 수지를 포함하는 것인 폴리에스테르 다층필름의 제조방법.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 폴리에스테르 수지 조성물은 평균입경이 3㎛이하인 무기입자를 10 ~ 50ppm으로 더 포함하는 것인 폴리에스테르 다층필름의 제조방법.