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KR20210042113A - 열가소성 중합체 및 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법 - Google Patents

열가소성 중합체 및 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법 Download PDF

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KR20210042113A
KR20210042113A KR1020217005092A KR20217005092A KR20210042113A KR 20210042113 A KR20210042113 A KR 20210042113A KR 1020217005092 A KR1020217005092 A KR 1020217005092A KR 20217005092 A KR20217005092 A KR 20217005092A KR 20210042113 A KR20210042113 A KR 20210042113A
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KR
South Korea
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film
stretching
inorganic filler
weight
ratio
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KR1020217005092A
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Inventor
얀 바르트
롤란드 룬드
Original Assignee
브뤼크너 마시넨바우 게엠바하 운트 코. 카게
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Publication date
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Abstract

본 발명은 적어도 20 중량%의 열가소성 중합체 및 50 내지 75 중량%의 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법에 관한 것이며, 다음의 단계를 포함한다: 혼합물을 제공하는 단계, 혼합물을 용융시키는 단계, 혼합물로부터 박막을 제조하는 단계, 박막을 냉각시켜 필름을 제조하는 단계, 필름을 세로 방향 및 가로 방향으로 연신하는 단계, 여기서 무기 충전제의 입자 크기는 최대 5 μm이며, 세로 방향 및 가로 방향의 연신 비율은 적어도 3.5이다. 또한 본 발명의 주제는 상기 방법에 의해 제조된 필름 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

열가소성 중합체 및 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법
본 발명은 적어도 20 중량%의 열가소성 중합체 및 50 내지 75 중량%의 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법에 관한 것이며, 다음의 단계를 포함한다: 혼합물을 제공하는 단계, 혼합물을 용융시키는 단계, 혼합물로부터 박막 (캐스트 필름)을 제조하는 단계, 박막을 냉각시켜 필름을 제조하는 단계, 필름을 세로 방향 및 가로 방향으로 연신하는 단계, 여기서 무기 충전제의 입자 크기는 최대 5 μm이며, 세로 방향 및 가로 방향의 연신 비율은 적어도 3.5이다. 또한 본 발명의 주제는 상기 방법에 의해 제조된 필름 및 이의 용도에 관한 것이다.
플라스틱 재료 및 충전제를 포함하는 필름이 오랫동안 공지되어 있다. 열가소성 중합체 및 무기 충전제를 포함하는 필름은 종이에 대한 대체물로서 제안되었다.
종이 대체물로서 의도된 충전제 함량을 가지는 폴리올레핀 필름은 충전제 함량에 따라 상이한 그룹으로 나뉜다. 충전제 함량이 50 중량% 미만인 경우, 필름은 일반적으로 합성 종이 (또한 "SynPa") 또는 FPO 필름 (충전 폴리올레핀 필름)으로서 지칭된다. 석재 종이(stone paper)는 탄산 칼슘 입자와 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀을 포함하는 고충전 폴리올레핀 필름이다. 특정 상황에서는, 두 가지 플라스틱 재료의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 용어 “석재 종이”는 충전제 함량이 50% 이상인 경우 사용된다.
종이 대체물로서 사용되는 경우, 이러한 필름은 기존의 종이보다 다양한 이점이 있다. 석재 종이 및 합성 종이는 제조에 있어서 종이보다 더욱 자연 친화적이다. 목재, 물, 산, 표백제 및 할로겐을 사용하지 않는다. 사용되는 필름은 간단하게 이를 녹임으로써 재활용될 수 있다. 석재 종이 및 합성 종이는 방수 및 세척이 가능하며, 강도와 인열 저항이 우수하고 수분의 영향을 받아도 이러한 기계적 특성을 유지한다. 탄산 칼슘을 많이 사용하기 때문에, 석재 종이는 합성 종이보다 훨씬 더 저렴하게 생산될 수 있다. 또한, 탄산 칼슘은 재생가능한 원료로서 고려된다. 따라서 석재 종이는 합성 종이보다 훨씬 더 나은 이산화탄소 수지를 가진다.
현재까지 공지된 석재 종이는 대부분 블로운 필름 압출에 의해 제조된다. 일부 필름은 블로운 필름 압출 후 세로 방향 (MD)으로 연신된다. 또한 단순 캐스트 압출에 의해 또는 캘린더링 공정으로 제조되는 특정 유형의 필름이 존재하며; 필요한 경우, 또한 세로 방향으로 연신된다. 합성 종이는 일반적으로 2축 연신된 제품이지만, 탄산 칼슘 충진 수준은 석재 종이보다 현저히 낮다. 이러한 합성 종이의 충진 수준은 50 중량%의 탄산 칼슘보다 훨씬 낮다.
지금까지 공지되어 있는 석재 종이는 일반 종이의 특성과 많은 점에서 다르기 때문에, 종이 제품 시장에 석재 종이가 대규모로 침투하는 것이 아직까지 불가능했다. 종이를 대체하기 위한 석재 종이의 경우 기계적 특성이 종이의 특성에 가능한 근접한 것이 중요한데, 이는 소비자에게 적어도 동일한 효용 가치를 제공하기 위함 뿐만 아니라, 종이 가공을 위한 공지된 방법 및 장치를 사용하여 석재 종이도 가능한 한 추가적으로 처리될 수 있기 때문이다. 많은 추가적인 가공 단계를 위해, 적어도 약 500 MPa의 탄성 계수 및 세로 방향 및 가로 방향으로 적어도 약 15 MPa의 인장 강도가 필요하다. 탄산 칼슘 함량은 비용을 절감하고 이산화탄소 수지를 가능한 낮게 유지하기 위해 적어도 50 중량%이어야 한다. 동시에, 밀도는 1 g/cm3를 크게 초과해서는 안된다. 한편으로, 동일한 기계적 특징을 가지고 밀도가 낮으면 자원 절약과 비용 절감으로 이어지지만; 반면에, 오늘날의 재활용 공정은 밀도에 따라 제품을 분류한다. 밀도가 1 g/cm3를 크게 초과하는 경우, 필름은 폴리올레핀 재활용 스트림에 추가되지 않고 물질 사이클로부터 제거된다. 높은 탄산 칼슘 함량은 밀도를 증가시키므로, 높은 탄산 칼슘 함량 및 낮은 밀도는 요구사항에 모순된다. 필름을 세로 방향으로 연신시켜 밀도가 감소될 수 있지만, 이는 결과적으로 필름의 탄성 계수 및 인열 저항을 손상시킨다.
시중의 석재 종이의 인쇄성은 또한 종래의 종이의 인쇄성에 비에 훨씬 열등하다. 임의의 공지된 석재 종이로는 충족될 수 없는 종이의 또 다른 특성은 이의 우수한 접힘성이다. 종이는 쉽게 접을 수 있으며, 충분한 압력이 가해진 경우 접힌 상태를 유지한다. 석재 종이의 경우, 접을 때 종이보다 매우 높은 압력이 가해져야 하며, 접은 후 재료는 복원력 (메모리 효과)를 발휘하며 접힘이 적어도 부분적으로 반전된다. 석재 종이는 또한 강한 힘으로 접히면 파단될 수 있다. 따라서 현재 시장에 나와있는 필름 중 어느 것도 제지 산업의 요구사항을 완전히 충족할 수 없다.
US 2012/0211189 A1은 재활용을 통해 재사용될 수 있는 미네랄 종이의 제조를 기재하며, 이러한 미네랄 종이는 60 내지 85 중량% 천연 미네랄 분말, 15 내지 40 중량% 폴리프로필렌 (폴리락트산 또는 폴리에틸렌 포함)을 함유하며, 1 내지 5 중량% 보조 재료를 포함한다. 성분은 혼합되어 필름 형태로 압축된다.
충전제-함유 필름의 또 다른 제조 방법이 EP 2 716 696 B1에 개시되어 있다. 여기서, 열가소성 수지, 무기 분말 및 보조 재료를 포함하는 혼합물이 필름으로 주조되며, 냉각되고, 이에 따라 수득된 필름은 세로 및 가로 방향으로 1.1 내지 3.0 배 연신된다. 수지 및 무기 분말은 60:40 내지 82:18의 비율로 사용되며 보조 재료는 0.05 내지 4 중량%의 양으로 첨가된다. 무기 분말의 입자 크기는 0.5 내지 15 μm이며 필름의 밀도는 0.55 내지 1.40이다.
본 발명의 목적은 가능한 한 종이의 특성에 가까운 특성을 가지는 필름의 제조 방법을 제공한다. 필름은 높은 충전제 비율, 낮은 밀도 및 우수한 기계적 특성을 가져야 한다. 기계적 특성 가운데, 우수한 인열 저항 및 우수한 탄성 계수가 특히 바람직하다. 특히, 본 발명의 목적은 이러한 특성이 균형을 이루고, 인열 저항 및 탄성 계수가 종이와 유사한 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다. 필름은 또한 우수한 인쇄성을 가져야 한다. 우수한 접힘성이 또한 바람직하다.
도 1: 도 1은 상이한 연신 비율로 연신한 후의 필름을 도시한다.
도 2: 도 2는 분산제를 함유하지 않는 본 발명의 필름의 현미경 이미지를 도시한다.
도 3: 도 3은 분산제를 함유하는 본 발명의 필름의 현미경 이미지를 도시한다.
도 4: 도 4는 실시예 4, 샘플 롤 1 및 샘플 롤 3에 대한 가로 방향 연신의 프로파일을 도시한다.
도 5: 도 5는 실시예 4, 샘플 롤 1을 가로 방향의 연신하는 동안의 온도 프로파일을 도시한다.
도 6: 도 6은 실시예 4, 샘플 롤 3을 가로 방향의 연신하는 동안의 온도 프로파일을 도시한다.
도 7: 도 7은 실시예 5에 대한 가로 방향 연신의 프로파일을 도시한다.
도 8: 도 8은 실시예 5를 가로 방향으로 연신하는 동안의 온도 프로파일을 도시한다.
본 발명은 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계,
- 혼합물을 용융하는 단계,
- 용융된 혼합물로부터 박막 (캐스트 필름)을 제조하는 단계,
- 생성된 박막을 냉각하여 필름을 제조하는 단계,
- 필름을 세로 방향 및 가로 방향으로 연신하는 단계,
여기서 필름 중 열가소성 중합제의 비율은 적어도 20 중량%이고, 필름 중 무기 충전제의 비율은 50 내지 75 중량%의 범위이며, 무기 충전제의 입자 크기는 최대 5 μm이고, 세로 방향의 연신 비율이 적어도 3.5이며 가로 방향의 연신 비율이 또한 적어도 3.5임을 특징으로 한다.
여기서, 필름의 세로 방향 (R세로) 연신 비율은 연신 후 필름의 길이를 연신 전 필름의 길이로 나눈 값과 같다. 필름의 가로 방향 (R가로) 연신 비율은 연신 후 필름의 폭을 연신 전 필름의 폭으로 나눈 값과 같다. 전체 연신 비율은 다음과 같이 정의된다: Rtotal = R세로 * R가로. 다음에서, 세로 방향은 또한 "MD", 가로 방향은 "TD"로 약칭된다.
필름의 조성 및 높은 연신 비율과 관련하여, 제조 공정은 우수한 기계적 특성 및 우수한 인쇄성을 가지는 필름을 생성한다.
충전제 함량이 50 중량% 미만인 경우, 이산화탄소 수지는 불리해지며 제조 비용이 높아진다. 충전제 함량이 75 중량% 이상인 경우, 연신이 불가능하다. 20 중량% 미만의 열가소성 중합체가 사용되는 경우, 마찬가지로 연신이 불가능하고 및/또는 기계적 특성 및 인쇄성이 저하된다. 필름이 열가소성 중합체 및 무기 충전제 이외에 임의의 다른 성분을 포함하지 않는 경우, 열가소성 중합체의 비율은 적어도 25 중량%이다. 중량 백분율 (wt %)의 모든 데이터는 필름의 전체 질량과 관련이 있다.
3.5 이하의 연신 비율에서, 인쇄성이 또한 저하되고, 특히 필름 두께의 표준 편차가 너무 커진다. 또한, 필름의 밀도는 연신 중에 감소한다. 낮은 연신 비율이 사용되는 경우에는, 필름의 밀도가 너무 높아진다. 입자 크기가 크면, 기계적 특성이 저하되며 필름의 표면이 고르지 않게 되고, 이는 결과적으로 인쇄성에 영향을 준다.
본 발명에 따른 제조 방법은 또한 세로 및 가로 방향으로 제어된 방식으로 연신이 일어날 수 있게 한다. 혼합물은 바람직하게 혼합 및 가공 장치에서 용융된다. 이러한 장치는 특히 바람직하게 단일-스크류 압출기, 트윈-스크류 압출기(공회전 기계), 버스 니더(bus kneader) 또는 유성 롤러 압축기(planetary roller extruder)로 구성된 군으로부터 선택된다. 특히 압축기가 바람직하며, 단일-스크류 압출기, 트윈-스크류 압출기(공회전 기계)으로 구성된 군으로부터 선택된 압축기가 가장 바람직하다.
필름을 제조하기 위해, 바람직하게는 용융물이 압출된다. 용융물은 바람직하게 와이드-슬롯 노즐(wide-slot nozzle)를 통해 배출된다. 냉각을 위해 바람직하게는 냉각 롤러가 사용된다. 또한, 바람직하게는 에어 나이프가 사용되어, 냉각 롤러에 용융물을 도포한다. 이를 통해, 가능한 고르게 냉각된 부드럽고, 평평한 필름이 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법이며, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계,
- 혼합물을 용융하는 단계,
- 용융된 혼합물을 압출하여 박막을 생성하는 단계,
- 냉각 롤러에서 생성된 박막을 냉각시켜 필름을 생성하는 단계,
- 필름을 세로 방향 및 가로 방향으로 연신하는 단계,
여기서 필름 중 열가소성 중합제의 비율은 적어도 20 중량%이고, 필름 중 무기 충전제의 비율은 50 내지 75 중량%의 범위이며, 무기 충전제의 입자 크기는 최대 5 μm이고, 세로 방향의 연신 비율이 적어도 3.5이며 가로 방향의 연신 비율이 또한 적어도 3.5임을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법에서, 냉각 롤러 온도는 바람직하게 30 내지 100 ℃이다. 빠른 냉각을 달성하기 위해서는 낮은 온도가 바람직하다. 그러나, 필름 내 무기 충전제의 비율이 60 중량%을 초과하는 경우에, 온도는 바람직하게 80 내지 100 ℃이며, 특히 바람직하게 95 내지 100 ℃이다. 저온에서는 용융물이나 용융 필름은 냉각 롤러에 균일하게 도포되지 않으며, 이로 인해 냉각이 고르지 않게 된다. 필름의 전체 표면에 걸쳐 균일한 특성을 가지는 필름은 이러한 방식으로 수득될 수 없거나, 또는 어렵게 수득될 수 있다. 생성된 필름은 바람직하게 실온 (일반적으로 23 ℃)으로 냉각된다.
냉각되고, 연신되지 않은 필름은 세로 및 가로 방향으로 연신된다. 이것은 바람직하게 연속 연신(sequential stretching)에 의해 수행된다. 필름은 먼저 세로 방향으로 연신된 후 가로 방향으로 연신된다. 그러나, 동시 연신도 또한 가능하며, 아직 연신되지 않은 필름은 세로 및 가로 방향으로 동시에 연신된다. 연속 연신의 경우에, 필름은 바람직하게 먼저 세로 연신 장치 (MDO)로 공급되고, 130 내지 165 ℃의 온도에서 세로 방향 (기계 방향 (MD))으로 연신된다. 이어서 필름은 바람직하게 가로 연신 오븐 (TDO)에서 가로 방향 (횡단 기계 방향 (TD))으로 연신된다. 가로 연신은 바람직하게 145 내지 175 ℃ 범위, 특히 바람직하게 150 내지 170 ℃ 범위, 더욱 바람직하게 155 내지 165 ℃ 범위, 및 가장 바람직하게 158 내지 162 ℃ 범위의 온도에서 수행된다. 특히, 160 ℃가 적합하다. 각각의 경우에, 이것이 필름의 온도이다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 세로 방향 및 가로 방향의 연신 비율이 3.5 내지 7.5의 범위, 특히 바람직하게 4 내지 7의 범위인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 방법에 있어서, 세로 방향의 연신 비율이 4 내지 5.5의 범위이고 가로 방향의 연신 비율이 4.5 내지 6의 범위인 것을 특징으로 하는 것이 특히 바람직하다. 연신 비율이 7.5 이상인 경우 열악한 기계적 특성을 가지는 필름을 야기하거나, 또는 가로 연신 (가로 연신 오븐, TDO) 중에 오븐에서 필름 인열이 발생한다. 대조적으로, 필름의 특성, 특히 밀도 및 기계적 특성은, 명시된 범위 내에서 서로 균형을 이루는 관계에 있다. 이것은 특히 좁은 범위에 대해 적용된다. 세로 방향 및 가로 방향의 연신 비율은 상이할 수 있다. 이것은 세로 방향 및 가로 방향으로 기계적 특성을 조정하여 가능한 유사하게 할 수 있다. 종이의 또 다른 특성은 휨강도(stiffness)이다. 가공 중 및 사용 중에, 본 발명에 따른 필름은, 가능한 경우, 통상적인 종이의 휨강도와 유사한 휨강도를 가져야 한다. 본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 필름의 휨강도는 또한 연신 비율에 의해 영향을 받는다. 종이는 일반적으로 이방성 기계적 특성을 가지기 때문에, 본 발명에 따른 필름은 또한 바람직하게 세로 및 가로 방향으로 동일한 기계적 특성을 가진다. 가로 방향의 연신 비율은 세로 방향의 연신 비율보다 바람직하게 0.4 내지 0.6 배 높다. 이것은 특히 연속 연신에 적용된다.
필름이 연신된 직후, 열처리 (또한 "힐링" 또는 "어닐링")을 거치는 것이 바람직하다. 마지막 연신 공정의 연신은 지속된다. 따라서 필름에 가해지는 인장력이 감소되지 않고 필름의 치수가 유지된다. 열처리 동안의 필름 온도는 바람직하게 연신 동안 사용되는 온도와 동일하거나 또는 미세하게 더 높다. 열처리 동안 필름의 온도는 연신 동안 사용되는 마지막 온도보다 특히 바람직하게는 5 내지 20 ℃, 더욱 바람직하게 5 내지 15 ℃ 더 높다.
또한, 이완이 바람직하게 수행된다. 여기서, 마지막 연신 공정 중 가로 연신은 이완이 시작될 때 약간 감소된다. 이러한 목적을 위해, 필름에 가해지는 인장력이 감소되며 필름은 약간 수축한다. 이러한 이완은 세로 방향, 가로 방향 또는 양방향 모두 발생할 수 있다. 연신은 바람직하게 최대 20%, 더욱 바람직하게 2 내지 15% 및 가장 바람직하게 5 내지 10% 감소된다. 이완 동안 필름의 온도는 바람직하게 이전의 방법 단계와 동일하거나 약간 낮은 수준이다. 필름의 온도는 바람직하게 이전의 방법 단계의 온도보다 5 내지 20 ℃ 낮다.
필름의 연신의 결과, 열가소성 중합체의 매트릭스는 무기 충전제로부터 부분적으로 분리되고 필름에 공동이 생성되어, 필름의 기계적 특성 및 다른 특성에 악영향을 줄 수 있다. 열처리 및 이완을 통해, 이러한 공동은 적어도 부분적으로 다시 닫힐 수 있으며 수축 거동, 인열 저항 및 탄성 계수와 같은 기계적 특성, 및 필름의 최종 밀도는 이러한 방식으로 개선 및/또는 조정될 수 있다.
필름의 가장자리는 바람직하게 절단된다. 또한, 표면 처리가 바람직하게 수행된다. 이것은, 예를 들어, 코로나, 플라즈마 또는 화염 처리일 수 있다. 이러한 표면 처리는 표면 장력을 매우 향상시킨다. 이것은, 예를 들어, 후속 인쇄 또는 코팅이 수행되어야 하는 경우에 유용하다. 코로나 처리가 바람직하다. 마지막으로, 필름은 와인더를 사용하여 권취될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 통상적인 방법은 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법이며, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계,
- 혼합물을 용융하는 단계,
- 와이드-슬롯 다이를 통해 용융된 혼합물을 압출하여 박막을 생성하는 단계,
- 박막에 에어 나이프를 적용함으로써 냉각 생성된 박막을 냉각시켜 필름을 생성하는 단계,
- 130 내지 165 ℃의 필름 온도에서 필름을 세로 방향으로 연신하는 단계,
- 145 내지 175 ℃의 필름 온도에서 세로로 연신된 필름을 가로 방향으로 연신하는 단계,
- 가로 방향으로 연신하는 동안 필름의 온도보다 5 내지 20 ℃ 높은 필름 온도에서 가로 방향으로 연신된 필름을 열처리하는 단계,
- 열처리에 사용되는 필름 온도보다 5 내지 20 ℃ 낮은 필름 온도에서, 가로 방향으로 최대 20% 필름의 연신을 감소시키면서, 필름을 이완시키는 단계
- 필름의 가장자리를 절단하는 단계,
- 필름을 코로나 처리하는 단계,
- 필름을 권취하는 단계,
여기서 필름 중 열가소성 중합제의 비율은 적어도 20 중량%이고, 필름 중 무기 충전제의 비율은 50 내지 75 중량%의 범위이며, 무기 충전제의 입자 크기는 최대 5 μm이고, 세로 방향의 연신 비율이 적어도 3.5이며 가로 방향의 연신 비율이 또한 적어도 3.5임을 특징으로 한다.
열가소성 중합체는 바람직하게 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이의 재생 중합체, 또는 이의 혼합물으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 중합체를 포함한다. 이러한 중합체를 사용하면 특히 유리한 필름의 특성을 유도한다. 열가소성 중합체는 특히 바람직하게 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 중합체를 포함한다. 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 특히 저렴하며 특히 안정적인 필름을 생성한다. 열가소성 중합체는 특히 바람직하게 폴리프로필렌을 포함한다. 가장 바람직하게는 폴리프로필렌으로 구성된다. 그러나, 바람직하게, 열가소성 중합체는 폴리락트산을 포함하지 않는다. 사용되는 폴리프로필렌은 바람직하게 ISO 1133에 따른 용융 질량 흐름 속도 (MFR)가 0.1 내지 25 g/10 분의 범위, 더욱 바람직하게 0.5 내지 20 g/10 분의 범위 및 가장 바람직하게 0.5 내지 5 g/10 분의 범위이다. 사용되는 폴리에틸렌은 바람직하게 ISO 1133에 따른 용융 질량 흐름 속도 (MFR)가 0.02 내지 15 g/10 분의 범위, 특히 바람직하게 0.02 내지 1.2 g/10 분의 범위이다.
가공 중에 특성이 크게 변하지 않도록 압력 및 온도에 충분히 안정한 임의의 무기 충전제가 무기 충전제로서 사용될 수 있다. 또한, 무기 충전제는 태양 복사열에 대해 안정적이어야 하며 열가소성 중합체를 분해하지 않아야 한다. 무기 충전제는 바람직하게 탄산 칼슘, 카본 더스트, 황산 칼슘, 황산 바륨, 카올린, 운모, 산화 아연, 백운석, 규산 칼슘, 유리, 규산염, 백악, 탈크, 안료, 이산화 티타늄, 이산화 규소, 벤토나이트, 점토, 규조토 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 예를 들어, 유리는 유리 섬유 또는 유리의 중공 미세입자의 형태로 사용될 수 있다. 그러나, 탄산 칼슘이 특히 바람직하다. 가장 바람직하게, 충전제는 탄산 칼슘으로 구성된다. 탄산 칼슘은 본 발명에 따른 필름에 백색과 우수한 기계적 특성을 제공한다. 탄산 칼슘은 또한 쉽게 접근할 수 있는 천연 자원이다. 필름 중 무기 충전제의 비율은 바람직하게 50 내지 70 중량%의 범위, 특히 바람직하게 55 내지 65 중량%의 범위이다. 이것은 특히 탄산 칼슘에 적용된다.
무기 충전제는 분말의 형태로 사용된다. 무기 충전제의 입자 크기는 바람직하게 최대 5 μm, 더욱 바람직하게 최대 3 μm 및 가장 바람직하게 최대 2 μm이다. 입자가 너무 크면, 필름의 기계적 특성 및 인쇄성이 불충분하다. 또한, 무기 충전제의 입자 크기는 적어도 0.1 μm, 바람직하게 적어도 0.5 μm인 것이 바람직하다. 입자가 너무 작으면, 용융물 및 필름의 가공성이 불충분해진다. 또한, 이러한 분말은 분진을 발생시키는 경향이 있어, 가공 중에 문제가 발생한다. 이러한 크기 사양은 특히 탄산 칼슘에 적용된다. 본 명세서에 주어진 모든 입자 크기는는 레이저 회절법으로 측정되는 평균 입자 크기이다. 명시된 값은 d50 값이며, 즉, 입자의 50%가 명시된 값보다 작은 값을 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 필름이 추가로 최대 25 중량%의 적어도 하나의 폴리올레핀 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다. 적어도 하나의 폴리올레핀 탄성체는 특히 바람직하게 폴리아이소뷰틸렌, 에틸렌 프로필렌 고무 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무 (EPDM 고무)으로 구성된 군으로부터 선택된다. 폴리올레핀 탄성체를 사용하면 필름의 접힘성이 매우 개선된다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 필름이 보조 재료 (첨가제)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다. 또한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 필름이 접착 촉진제, 분산체, 안정화제, 윤활제, 대전 방지제, 고체 가소제, 활성화제, 촉진제, 노화 방지제 및 그을림(burn mark) 방지제, 결합제, 내열제, 개시제, 중합 촉매, 유화제, 가소제, 열 안정화제, 광 안정화제, 난연제 및 이형제로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 보조 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다. 필름은 바람직하게 분산제를 포함한다. 분산제는 충전제를 가지는 필름의 연신을 가능하게 하며 부드러운 표면을 야기한다. 게다가, 분산제를 포함하는 필름은 특히 균일한 두께를 가진다. 필름은 바람직하게 최대 5%의 보조 재료를 포함한다. 필름은 특히 바람직하게 1 내지 5 중량% 범위의 양으로 보조 재료를 포함한다. 필름은 특히 바람직하게 연신 보조제를 포함하며, 이는 바람직하게 폴리에틸렌 왁스 및 폴리프로필렌 왁스로 구성된 군으로부터 선택된다. 폴리프로필렌 왁스가 가장 바람직하다. 독일 프랑프푸르트/마인의 Clariant으로부터 상업적으로 입수 가능한 Licocene® 유형의 폴리에틸렌 왁스 및 폴리프로필렌 왁스가 적합하다.
본 발명에 따른 필름은 단일 레이어만을 가지는 필름 또는 다중 레이어 필름일 수 있다. 다중 레이어 필름은 바람직하게 공-압출에 의해 제조된다. 공-압출은 개별 레이어의 충전제 함량을 변경하고, 필요한 경우, 요구 사항에 맞게 조정할 수 있는 가능성을 제공한다. 특히, 표면 특성은 최적화될 수 있다. 공-압출은 또한 외부 레이어의 충전제 함량을 현저기 줄임으로써 냉각 롤러 온도를 현저히 낮출 수 있는 (대략 30 ℃) 가능성을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 필름이 의 인열 저항이 세로 방향 및 가로 방향으로 적어도 15 MPa, 바람직하게 적어도 18 MPa 및 특히 바람직하게 적어도 20 MPa인 것을 특징으로 하는 방법이 또한 바람직하다. 이러한 인열 저항은 필름이 종이와 유사한 방식으로 사용될 수 있고 필름의 추가 처리에 충분한 강도를 가지기 위해 필요하다. 게다가, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 필름의 가로 방향의 인열 저항이 필름의 세로 방향의 인열 저항으로부터 50% 이하, 바람직하게 40% 이하 및 가장 바람직하게 30% 이하만큼 편차를 가지는 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다. 인장 강도가 세로 및 가로 방향에서 너무 많이 다르면, 필름은 가공 중에 너무 쉽게 중첩되어 사용할 수 없게 된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 또한 필름의 탄성 계수가 세로 방향 및 가로 방향으로 적어도 150 MPa, 바람직하게 적어도 300 MPa, 더욱 바람직하게는 적어도 500 MPa, 더욱 더 바람직하게 적어도 800 MPa 및 가장 바람직하게 적어도 1000 MPa인 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다. 또한, 필름의 가로 방향 탄성 계수는 필름의 세로 방향 탄성 계수로부터 50% 이하, 바람직하게 30% 이하 및 더욱 바람직하게 20% 이하 및 가장 바람직하게 10% 이하의 편차를 가지는 것이 바람직하다. 여기에서도, 탄성 계수에 대한 이러한 값이 본 발명에 따른 필름에 종이와 같은 특성을 부여한다는 것이 적용된다.
필름 두께는 바람직하게 5 μm 내지 1 mm, 더욱 바람직하게 10 μm 내지 300 μm 및 가장 바람직하게 20 μm 내지 180 μm이다. 충전제의 입자 크기는 바람직하게 필름 두께의 절반 이하, 특히 바람직하게 필름 두께의 5분의 1 이하이다. 또한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 필름 두께의 표준 편차가 30% 이하, 바람직하게 20% 이하, 더욱 바람직하게 10% 이하, 및 가장 바람직하게 5% 이하인 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다. 두께는 바람직하게 종래의 필름 두께 측정 장치를 사용하여 측정된다. 표준 편차를 결정하기 위해, 필름의 전체 폭에 걸쳐, 30 회를 측정하는 것이 바람직하다. 필름 두께의 표준 편차가 낮으면 인쇄 중에 잉크가 더욱 고르게 도포될 수 있기 때문에 필름의 인쇄성이 우수해진다.
본 발명에 따른 필름의 또 다른 중요한 특징은 밀도이다. 본 발명에 따른 방법에 있어서, 필름의 밀도가 1.1 g/cm3 미만, 바람직하게 1.0 g/cm3 미만, 더욱 바람직하게 0.9 g/cm3 미만 및 가장 바람직하게 0.8 g/cm3 미만인 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다. 밀도가 1.1 g/cm3 이상인 경우, 필름은 종래의 재활용 공정의 폴리올레핀 재활용 스트림에 할당되지 않고 재료 사이즐에서 분리된다. 밀도가 낮을수록, 본 발명에 따른 필름은 더욱 신뢰성 있게 폴리올레핀 재활용 스트림으로 할당된다.
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 필름이다.
게다가, 본 발명의 하나의 양태는 적어도 20 중량%의 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 50 내지 75 중량% 범위의 무기 충전제를 포함하는 필름으로서, 여기서 열가소성 중합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 중합체를 포함하고, 무기 충전제의 입자 크기는 0.1 μm 내지 5 μm 범위이고 필름 두께는 20 μm 내지 180 μm 범위이며, 필름 두께의 표준 편차가 20% 이하인 것을 특징으로 한다.
필름 두께의 표준 편차는 특히 바람직하게 10% 이하 및 가장 바람직하게 5% 이하이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 캐리어 백, 포장재, 식품용 파우치에서, 알루미늄 & 종이 적층물, 신문, 노트, 달력, 포스터, 라벨, 서적, 메뉴, 등의 종이 대체물로서, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 필름 또는 본 발명에 따른 필름의 용도이며, 여기서 포장재는 예를 들어 티백 또는 버터 랩과 같은 다른 음식을 위한 포장재를 포함할 수 있으며, 식품용 파우치, 예를 들어, 밀가루용 파우치일 수 있다.
실시예:
실시예 1:
폴리프로필렌 (동종 중합체?) 및 탄산 칼슘을 포함하는 이축 연신 필름의 제조 및 다양한 연신 비율로의 연신.
용융 질량 흐름 속도 (MFR)가 2 g/10 분인 폴리프로필렌 40 중량%와 평균 입자 크기가 1.6 μm인 탄산 칼슘 60 중량%를 공회전 이축 압출기에서 혼합하였다. 이러한 방식으로 수득된 혼합물 (화합물)을 압출하고 와이드-슬롯 노즐을 통해 압출하였다. 용융물을 냉각 롤러를 사용하여 냉각시키고, 이렇게 수득된 필름으로부터 직사각형 필름 부분을 절단하였다.
이렇게 수득된 필름에 체스 보드 형태의 선 패턴을 적용하였다 (도 1, 왼쪽 상단 참조). 총 5개의 동일한 필름을 상이한 연신 비율로 동시에 연신하였다. Br
Figure pct00001
ckner Maschinenbau GmbH의 "Karo IV 실험실용 연신 프레임"을 사용하였다. 세로 및 가로 방향의 연신 비율은 항상 동일하였다. 2, 3, 4, 5 및 6의 연신 비율을 사용하였다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 상기 실시예는, 낮은 연신 비율에서보다 높은 연신 비율에서, 필름 가운데의 선이 더욱 평행한 것을 도시한다. 특히, 높은 연신 비율에서, 중앙의 정사각형을 둘러싼 정사각형의 면적은 대략 중앙의 정사각형만큼 크다. 놀랍게도, 이것은 3 이상의 연신 비율로의 연신이 최대 3의 연신 비율보다 더욱 평평하게 진행되는 것을 나타낸다. 이것은 3 이상의 연신 비율에서 필름 두께가 더욱 균일하며, 따라서 필름 두께의 더욱 낮은 표준 편차가 더욱 낮아진다. 이것은 필름의 훨씬 우수한 인쇄성과 더 나은 기계적 특성으로 이어진다.
실시예 2:
상이한 조성의 폴리프로필렌 및 탄산 칼슘을 포함하는 이축 연신 필름의 제조 및 세로 방향으로 5 및 가로 방향으로 5의 연신 비율에서 상기 필름의 연신.
폴리프로필렌과 탄산 칼슘 및 선택적으로 분산제 및 안정제를 공회전 이축 압출기에서 혼합하였다. 60 중량% 탄산 칼슘을 함유하는 혼합물 및 70 중량% 탄산 칼슘을 함유하는 배합물을 제조하였다. 이러한 방식으로 수득된 혼합물 (화합물)을 압출하고 와이드-슬롯 노즐을 통해 압착하였다. 이러한 방식으로 제조된 박막 (캐스트 필름)을 냉각 롤러를 사용하여 냉각시키고, 생성된 필름으로부터 직사각형 필름 부분을 절단하고, Br
Figure pct00002
ckner Group GmbH의 "Karo IV 실험실용 연신 프레임"에서 이를 상기 언급된 연신 비율로 동시에 연신하였다. 연신 동안 필름의 온도를 160 ℃으로 설정하였다. 표 1는 필름의 조성을 나타내며, 5 × 5의 연신 비율로 연신한 후 필름이 수득될 수 있는지 여부를 나타낸다:
표 1:
60% CaCO3을 함유하는 배합물
번호 MFR-PP [g/10 분] CaCO3 입자 크기 [μm] 분산제 안정화 연신 가능성
CF1 2 1.6 불포함 불포함 가능
CF2 19 1.6 불포함 불포함 불가능
CF3 2 1.6 포함 불포함 가능
CF4 19 1.6 포함 불포함 가능
CF5 2 6.5 포함 불포함 불가능
CF6 19 6.5 불포함 불포함 가능
CF7 19 6.5 포함 불포함 가능
70% CaCO3을 함유하는 배합물
CF13 2 1.6 포함 불포함 불가능
CF14 2 1.6 포함 포함 가능
CF: 캐스트 필름MFR-PP: ISO 1133에 따른 용융 질량 흐름 속도
LyondellBasell (네덜란드, 로테르담)의 폴리프로필렌 동종 중합체 "Moplen®HP2624"을 용융 질량 흐름 속도가 2 g/10 분인 폴리프로필렌으로서 사용하였다. Sabic (사우디 아라비아, 리비아)의 폴리프로필렌 동종 중합체 "Sabic®PP 576P"을 용융 질량 흐름 속도가 19 g/10 분인 폴리프로필렌으로서 사용하였다. Omya GmbH (독일, 함부르크)의 "Omyafilm 707"를 입자 직경 d50 = 1.6 μm인 탄산 칼슘으로서 사용하였다. 또한 Omya GmbH의 "Omya BLH"를 입자 직경 d50 = 6.5 μm인 탄산 칼슘으?撰? 사용하였다. 두 가지 유형의 탄산 칼슘 모두 코팅되어 있다. 분산제가 첨가되는 실험에는, Clariant (독일, 프랑크푸르트/마인)의 분산제 "Licowax®OP 분말" 2%를 첨가하였다. 안정화제가 첨가되는 실험에는, Kisuma Chemicals (네덜란드, 페인담)의 산 제거제 "DHT-4A" 1000 ppm과, BASF SE (독일, 루트비히스하펜)의 "Irganox B561" 500 ppm를 첨가하였다.
표 2는 탄산 칼슘 함량이 60 및 70 중량%인, 수득된 필름의 일부 특성을 도시한다:
표 2:
60% CaCO3을 함유하는 배합물
번호 인장 강도 [MPa] 탄성 계수 [MPa] 밀도 [g/cm3] 두께 [μm] 표준 편차 두께 [%]
MD TD MD TD
CF1 30 20 660 534 0.524 142.40 7.36
CF3 43 31 999 855 0.692 100.71 2.64
CF4 32 18 800 651 0.570 162.29 12.11
CF6 11 8.0 284 239 0.319 250.27 16.51
CF7 12 8.5 281 242 0.325 237.03 10.81
70% CaCO3을 함유하는 배합물
CF14 16 10 322 241 0.583 134.44 28.79
보다시피, 생성된 모든 필름은 필름 두께의 표준 편차가 놀랍게도 낮다.캐스트 필름 1 (CF1)은 두께의 표준 편차가 매우 우수하고, 인열 저항 값이 좋으며, 탄성 계수 값이 또한 적절하다. 따라서 CF1은 균형 잡힌 특성 분포를 제공하며 많은 응용 분야에서 종이 대체물로서 사용될 수 있다.
캐스트 필름 3 (CF3)은 모든 측면에서 성능이 가장 우수하다. 필름 두께에 대한 표준 편차가 가장 우수하며, 밀도 감소가 가장 적고, 기계적 특성이 가장 우수하다. CF1 및 CF3는 오직 분산제 (윤활제)의 사용만이 다른 점이다. 도 2는 연신 후 CF1의 샘플 단면을 500 배 및 1000 배 확대한 SEM 이미지를 도시하며 도 3은 CF3의 표면의 해당 현미경 이미지를 도시한다. 보다시피, CF1은 다공성이 높다. 이것은 탄산 칼슘 결정 주위에 형성되는 큰 타원형의 개구부를 포함한다. 여기서, 탄산 칼슘 입자와 중합체 사이의 장력이 외관상 부분적으로 깨지고 상대적으로 큰 개구부가 생겨, 요철이 형성된다. 분산제를 사용함으로써, 소위 공동화(cavitation), 즉 탄산 칼슘 입자로부터 폴리프로필렌 매트릭스가 찢어지는 현상이 현저히 억제되어, 밀도 감소에도 또한 긍정적인 영향을 미친다. 따라서 분산제는 탄산 칼슘 입자 주위에 더 큰 개구부가 형성되는 것을 방지하고 필름의 표면을 더욱 균일하게 하여, 필름 두께의 표준 편차를 낮춘다. 놀랍게도, 이것은 필름 두께의 표준 편차가 오직 2.64%에 불과하다.
0.692 g/cm3에서, CF3의 밀도는 CF1의 밀도보다 약간 높지만, 여전히 1 g/cm3 보다 훨씬 낮다. 세로 및 가로 방향의 인열 저항은 20 MPa를 훨씬 초과하며, 가로 방향의 인열 저항은 세로 방향의 인열 저항보다 약 28%의 편차를 가진다. 이것은 추가 가공 중에 필름의 스플라이싱(splicing)을 충분히 방지해야 한다. 거의 1000 MPa에서, 탄성 계수는 양방향으로 충분히 높으며 서로 편차를 거의 가지지 않는다 (약 14%).
통상적인 종이를 가능한 완벽하게 대체할 수 있으려면, 석재 종이는 인열 저항이 적어도 약 20 MPa이고, 탄성 계수가 약 1000 MPa이어야 한다. 이러한 맥락에서 800 내지 1200 MPa 범위의 탄성 계수가 허용 가능하다. 게다가, 접힘성 및 스플라이싱은 통상적인 종이의 거동과 유사해야 한다. CF3는 이상적으로 이러한 모든 조건을 충족한다.
CF4와 CF3을 비교하면 용융 질량 흐름 속도가 높은 중합체 사용의 영향을 보여준다. 필름 두께의 표준 편차가 12.11%으로 크게 증가한다. 그러나, 이러한 값은 많은 인쇄 응용 분야에서 여전히 허용 가능하다. 인열 저항 및 탄성 계수는 약간 감소하지만, 여전히 허용 가능하다. 인열 저항 및 탄성 계수의 편차가 서로 증가하지만, 또한 여전히 허용 가능하다.
CF6 및 CF7는 5 μm 초과의 상대적으로 입자 크기가 큰 탄산 칼슘 입자의 영향을 보여준다. 기계적 특성이 명백하게 악화되었다. 이러한 필름은 종이가 일반적으로 사용되는 모든 응용 분야에 더 이상 적합하지 않다. 그러나, 여전히 많은 응용 분야에서 유용하다. 하지만 이러한 실시예에서도, 필름 두께의 표준 편차는 여전히 허용 가능한 범위에 있다. CF6 및 CF7를 비교하면 또한 필름 두께의 표준 편차에 대한 분산제의 긍정적인 영향을 보여준다.
탄산 칼슘 함량이 70 중량%인 경우, 상당히 우수한 기계적 특성이 또한 달성될 수 있다 (CF14 참조). 여기에, 안정화가 유리하다 (CF13와 CF14의 비교 참조). 중합체의 분해를 방지하기 위해서 안정화가 필요하다. 안정화를 하지 않으면, 이러한 높은 충전 레벨에서의 연신이 어렵다. 탄산 칼슘의 이렇게 비율이 높은 경우, 60 중량% 탄산 칼슘과 동일한 필름의 표준 편차가 달성될 수 없다.
필름의 일부는 사용되는 조건하에서 연신될 수 없다. 연신 온도가 높거나, 또는 보조 재료의 양이 많거나, 또는 실험 조건에서 기타 변경으로 이러한 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 이것은 테스트의 비교 가능성을 손상시킨다. 그래서 제거된다. 기계적 특성은 온도를 증가시킴으로써 또한 개선될 수 있다. 그러나, 이것은 필름 두께의 표준 편차를 거의 향상시키지 않는다.
표 3은 필름의 두 가지 광학적 특성인, 불투명도 및 백색도를 보여준다:
표 3:
60% CaCO3을 함유하는 배합물
번호 불투명도
[%]		 백색도
[%]
CF1 98.4 81.7
CF3 96.3 79.1
CF4 98.7 82.3
CF6 96.9 75.3
CF7 96.5 73
70% CaCO3을 함유하는 배합물
CF14 99.7 84.3
실시예 3:실시예 2의 CF1 및 CF3와 동일하지만, 연신 비율이 세로 방향으로 7 및 가로 방향인 두 가지 필름의 제조. 연신은 또한 Br
Figure pct00003
ckner Maschinenbau GmbH의 "Karo IV 실험실용 연신 프레임"에서 동시에 수행되었다. 표 4는 수득된 필름의 특성을 나타낸다:
표 4:
7x7으로 연신 CF1 CF3
설명 단위
최종 필름 두께 μm 102.24 69.74
표준 편차 두께 % 8.19 1.90
인장 강도 MD MPa 34 47
TD MPa 29 37
파단 시 연신율 MD % 50 54
TD % 59 64
탄성 계수 MD MPa 763 1394
TD MPa 763 1177
불투명도 % 96.2 91.6
백색도 - 82.1 80.3
표면 중량 g/m2 58.49 53.26
밀도 g/cm3 0.568 0.727
보다시피, CF3를 사용하면 연신 비율이 높을수록 필름 두께의 표준 편차가 더욱 향상되어, 1.90 %의 극히 낮은 값으로 이어진다. CF1을 사용하면, 더 높은 연신 비율의 효과가 매우 작다. 따라서 분산제의 사용은 높은 연신 비율의 긍정적인 효과를 증가시킨다.
실시예 4:
MFR이 2 g/10 분인 폴리프로필렌 동종 중합체 32 중량% (LyondellBasell (네덜란드, 로테르담)의 "Moplen® HP PP-520H"), 직경 d50가 1.4 μm인 탄산 칼슘 65 중량% (Imerys Minerals (영국, 콘월)의 "Filmlink® 400"), 0.16 중량%의 첨가제 (Kisuma Chemicals (네덜란드, 페인담)의 산 제거제 "DHT-4A" 400 ppm 및 BASF SE (독일, 루트비히스하펜)의 "Irganox B561" 1200 ppm) 및 분산제 1.84 중량% (Clariant (독일, 프랑크푸르트/마인)의 "Licowax OP® 분말")으로 구성된 혼합물을 상기 순수 폴리프로필렌 동종 중합체로 희석하여 필름 내 전체 탄산 칼슘의 함량이 25 중량% (A) 또는 59 중량% (B)이 되도록 하였다. 이에 따라, 탄산 칼슘 함량이 상이한 두 가지 다른 혼합물이 제조되었다. 상기 두 가지 혼합물로부터 ABA 구조를 가지는 다중 레이어 필름을 제조하였으며, 여기서 B는 코어를 나타내며 A는 코팅을 나타낸다. 이에 따라 코어의 탄산 칼슘 함량은 59 중량%이고 코팅의 탄산 칼슘 함량은 25 중량%이었다. 필름은 공압출에 의해 실시예 1에 따라 제조하였다.
공압출 및 냉각 후 필름을 순차적으로 연신하였다. 먼저 세로 방향으로 5의 연신 비율로 연신한 후, 가로 방향의 연신 비율로 연신하였다. 가로 방향으로 연신한 후, 열처리를 수행하여 가로 방향으로 10%의 이완, 즉 가로 방향으로 5에서 4.5로 연신 비율을 감소시켰다. 연신 중 및 열처리 중의 온도가 표 5에 나타난다.
표 5:
공정 조건 샘플 롤 1 샘플 롤 2
MDO 온도 [℃]
예열 롤러 1 110
예열 롤러 2 120
예열 롤러 3 142
예열 롤러 4 140
예열 롤러 5 146
예열 롤러 6 142
연신 롤러 1 148
연신 롤러 2 146
연신 롤러 3 115
연신 롤러 4 115
어닐링 롤러 1 120
어닐링 롤러 2 120
MD 연신 5
도 4는 상기 기재된 바와 같이 수득된 필름으로 수행하는, 샘플 롤 1 및 샘플 롤 2에 대한 두 가지 테스트에 대해 가로 방향으로 연신하는 동안 연신 오븐에서의 연신 프로파일을 도시한다. 연신 오븐은 Z1 내지 Z9의 구역으로 구분되며, Z1 내지 Z3는 예열 구역 (예열)을 나타내고, Z4 및 Z5 구역에서는 연신이 수행되고 (연신), Z6 및 Z7 구역에서는 연신하지 않고 열처리 (어닐링)이 수행되고, Z8 구역에서는 필름이 이완되고 (이완) 구역 9에서는 이완 및 냉각 모두 (이완 & 냉각) 수행된다. 도 4에서 알 수 있듯이, 세로 방향으로 연신한 후, 필름을 먼저 가로 방향으로 5의 연신 비율로 연신한 다음, 이러한 연신 비율로 잠시 유지한 뒤, 4.5의 최종 연신 비율로 이완한다. 도 4는 연신이 일어나는 영역과 연신 정도를 도시한다. 도 5는 샘플 롤 1에 대한 오븐 온도의 온도 프로파일을 도시하며 도 6은 샘플 롤 2에 대한 오븐 온도의 온도 프로파일을 도시한다. 개별적인 구역 Z1 내지 Z9에 대한 오븐 온도는 별도로 지정된다. 도 4 내지 6의 개요에서, 두 실험에 대한 연신 오븐의 영역, 오븐 온도 및 연신 비율의 상관 관계가 제공된다. 도 5 및 6의 비교에서 알 수 있듯이, 샘플 롤 1의 온도는 시작 전, 시작 시 및 이완 중에 증가한다 (Z7 및 Z8 구역 참조).표 6은 이렇게 수득된 필름의 특성을 나타낸다:
표 6:
설명 단위 샘플 롤 1 샘플 롤 2
최종 필름 두께 um 60 89.4
표준 편차 두께 % 5.98 9.62
인장 강도 MD MPa 20 32
TD MPa 26 29
탄성 계수 MD MPa 1590 525
TD MPa 1622 583
불투명도 % 75 96
백색도 - 81 86
밀도 g/cm3 1.024 0.65
접힘성 매우 좋음 매우 나쁨
열처리 중 더 높은 온도로 인해, 밀도 감소가 크게 변경될 수 있으며, 기계적 특성이 크게 향상될 수 있다.
실시예 5:
MFR가 2 g/10 분인 폴리프로필렌 동종 중합체 65 중량% (LyondellBasell (네덜란드, 로테르담)의 "Moplen® PP-HP 520H"), 직경 d50가 1.4 μm인 탄산 칼슘 15.84 중량% (Imerys Minerals (영국, 콘월)의 "Filmlink® 400"), 폴리올레핀 탄성체 (POE) 16 중량% (The Dow Chemical Company (미국, 미들랜드)의 Engage 8137), 첨가제 0.16 중량% (Kisuma Chemicals (네덜란드, 페인담)의 "DHT-4A" 400 ppm 및 BASF SE (독일, 루트비히스하펜) "Irganox B561" 1200 ppm 및 분산제 3 중량% (Clariant (독일, 프랑크푸르트/마인)의 "Licowax OP® 분말")으로 구성된 혼합물로부터, 상기 언급된 탄산 칼슘을 추가함으로써 탄산 칼슘 함량이 58 중량% (b) 및 25 중량% (A)인 두 가지의 상이한 혼합물을 생성한다. 공압출에 의해 상기로부터 ABA 구조를 가지는 다중 레이어 필름을 제조하였으며, 여기서 B는 코어를 나타내며 A는 코팅을 나타낸다. 코어의 탄산 칼슘 함량은 58 중량%이고, 코팅의 탄산 칼슘 함량은 25 중량%이었다. 필름은 실시예 1과는 다르게 제조하였다.
먼저, 필름을 공압출한 다음 냉각하였다. 필름을, 순차적으로, 먼저 세로 방향으로 5의 연신 비율로 연신한 후, 가로 방향으로 4.7의 연신 비율로 연신하였다. 가로 방향으로 연신한 후 열처리를 수행하였다. 열처리 동안 가로 방향으로 6%의 이완이 수행하여, 즉, 가로 방향의 최종 연신 비율이 4.4이었다. 연신 중 및 열처리 중의 온도가 표 7에 나타난다.
표 7:
공정 조건 샘플 롤 3
MDO 온도 [℃]
예열 롤러 1 110
예열 롤러 2 110
예열 롤러 3 126
예열 롤러 4 128
예열 롤러 5 128
예열 롤러 6 130
연신 롤러 1 142
연신 롤러 2 140
연신 롤러 3 115
연신 롤러 4 115
어닐링 롤러 1 120
어닐링 롤러 2 120
MD - 연신 5
도 7은 샘플 롤 3에 대해 가로 방향으로 연신하는 동안 연신 오븐에서의 연신 프로파일을 도시한다. 여기에서 어느 구역에서 어떤 요소 연신이 수행되는지 명확하게 알 수 있다. 연신 오븐은 Z1 내지 Z9의 구역으로 구분되며, Z1 내지 Z3는 예열 구역 (예열)을 나타내고, Z4 및 Z5 구역에서는 연신이 수행되고 (연신), Z6 및 Z7 구역에서는 연신하지 않고 열처리 (어닐링)이 수행되고, Z8 구역에서는 필름이 이완되고 (이완) 구역 9에서는 이완 및 냉각 모두 (이완 & 냉각) 수행된다. 도 7에서 알 수 있듯이, 필름을 먼저 세로 방향으로 4.7의 연신 비율로 연신한 다음, 이러한 연신 비율로 잠시 유지한 뒤, 4.4의 최종 연신 비율로 이완한다. 도 7은 연신이 일어나는 영역과 연신 정도를 도시한다. 도 8은 샘플 롤 3에 대한 오븐 온도의 온도 프로파일을 도시한다. 개별적인 구역 Z1 내지 Z9에 대한 오븐 온도는 별도로 지정된다. 도 7 및 도8의 개요에서, 연신 오븐의 영역, 오븐 온도 및 연신 비율의 상관 관계가 제공된다.표 8은 이렇게 수득된 필름의 특성을 나타낸다:
표 8:
샘플 롤 3
설명 단위
최종 필름 두께 um 70.4 μm
표준 편차 두께 % 2.7
인장 강도 MD MPa 26.9
TD MPa 19.8
탄성 계수 MD MPa 196
TD MPa 203
불투명도 % 93
백색도 % 87
밀도 g/cm3 0.77
접힘성 매우 좋음
이러한 필름의 기계적 특성은 더 이상 순수한 PP와 같은 매트릭스만큼 우수하지 않다. 그러나, 접힘성 (복원되지 않는 (dead-fold) 특성)이 크게 향상될 수 있다. 그러므로, 폴리올레핀 탄성체는 본 발명에 따른 필름의 접힘성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 다음의 단계를 포함하는, 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 필름의 제조 방법:
    - 적어도 하나의 열가소성 중합체 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 혼합물을 제공하는 단계,
    - 혼합물을 용융하는 단계,
    - 용융된 혼합물로부터 박막을 제조하는 단계,
    - 생성된 박막을 냉각하여 필름을 제조하는 단계,
    - 필름을 세로 방향 및 가로 방향으로 연신하는 단계,
    여기서, 필름 중 열가소성 중합제의 비율은 적어도 20 중량%이고, 필름 중 무기 충전제의 비율은 50 내지 75 중량% 범위이며, 무기 충전제의 입자 크기는 최대 5 μm이고, 세로 방향의 연신 비율이 적어도 3.5이며, 가로 방향의 연신 비율이 또한 적어도 3.5인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 필름의 연신은 세로 방향 및 가로 방향으로 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 세로 방향 및 가로 방향의 연신 비율은 3.5 내지 7.5 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 세로 방향 및 가로 방향의 연신 비율은 3.5 내지 7.5 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 세로 방향의 연신 비율은 4 내지 5.5의 범위이고, 가로 방향의 연신 비율은 4.4 내지 6의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 열가소성 중합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 무기 충전제는 바람직하게 탄산 칼슘, 카본 더스트, 분말, 황산 칼슘, 황산 바륨, 카올린, 운모, 산화 아연, 백운석, 규산 칼슘, 유리, 규산염, 백악, 탈크, 안료, 이산화 티타늄, 이산화 규소, 벤토나이트, 점토, 규조토 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 무기 충전제는 탄산 칼슘인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 무기 충전제의 입자 크기는 바람직하게 최대 5 μm, 더욱 바람직하게 최대 3 μm 및 가장 바람직하게 최대 2 μm인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 무기 충전제의 입자 크기는 적어도 0.1 μm, 바람직하게 적어도 0.5 μm인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 필름은 최대 25 중량%의 적어도 하나의 폴리올레핀 탄성체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 적어도 하나의 폴리올레핀 탄성체는 폴리아이소뷰틸렌, 에틸렌 프로필렌 고무 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름은 최대 5%, 바람직하게 1 중량% 내지 5 중량% 범위의 양으로 보조 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름은 접착 촉진제, 분산체, 안정화제, 윤활제, 대전 방지제, 고체 가소제, 활성화제, 촉진제, 노화 방지제 및 그을림(burn mark) 방지제, 결합제, 내열제, 개시제, 중합 촉매, 유화제, 가소제, 열 안정화제, 광 안정화제, 난연제 및 이형제로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 보조 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름은 바람직하게 폴리에틸렌 왁스 또는 폴리프로필렌 왁스로 구성된 군으로부터 선택되는 연신 보조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 필름.
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