폴리아미드 필름

폴리아미드 필름(polyimide film, PI film)

폴리아미드 필름(polyimide film, PI film)

폴리아미드 필름(Polyamide film, PI film)은 영상 400도 이상의 고온이나 영하 269도의 저온을 견디는 필름으로 얇고 굴곡성이 뛰어난 첨단 고기능성 산업용 소재다. 내화학성, 내마모성도 강해 열악한 환경에서 안정적인 성능 유지가 필요한 분야에 널리 쓰인다. 초기에는 항공우주 분야 재료로 개발, 사용됐으나 현재는 산업용 기기와 연성회로기판(FPCB), 전기 전자부품 등 광범위한 분야에 사용되고 있다. 최근 전세계적으로 정보기술(IT) 기기의 성능이 다양해지고 두께가 얇아지면서 발열 문제를 해결하기 위해 방열 시트용 PI 필름의 수요가 늘어나고 있다

2013년기준 일본 카네카(20.7%)와 코오롱인더스트리가 글로벌 PI(20.0%)가 국제 PI필름 시장을 양분하고 있다.

폴리아미드

폴리아미드(polyamide)는 지방족 또는 방향족 아미드의 주쇄(主鎖)구조를 갖는 폴리머로서 지방족 폴리아미드는 일반적으로 나이론이란 상표명으로, 방향족 폴 리아미드는 아라미드라는 상표명으로 잘 알려져 있다.

오른쪽 그림에 지방족 폴리아미드와 방향족 폴리아미드의 예로서 나이론 6,6과 케블라를 나타내었다.

지방족 폴리아미드. 특히 나일론 6, 그리고 나일론 6,6 등은 가장 일반적인 열가소성 엔지니어링 플라스틱이다. 이것들의 중요한 응용분야는 섬유 뿐 만 아니라 여러 분야의 성형재료로 사용되고 있다. 성형분야에 사용되는 나일론 수지는 향상된 난연성과 내충격성을 갖도록 하고 가격을 낮추고 탄성율과 같은 기계적 물성을 향상시키기 위하여 광물 또는 유리섬유로 보강하여 복합재료인 강화플라스틱(reinforced plastics)으로 제조한다.

노멕스(Nomex), 케블라(Kevlar)와 같은 상품명으로 잘 알려져 있는 방향족 폴리아미드는 난연성 섬유직물, 타이어 코드 등의 섬유용도로 사용될 수 있는 뛰어난 내열성과 높은 인장강도를 갖는다.

폴리아미드 계열은 우수한 내마찰, 탄력성 및 내마모성. 낮은 마찰계수, 높은 충격강도를 갖는다. 일반적으로 나일론은 아미드기가 극성결합이므로 수분과 수소결합을 하여 수분을 흡수하는 특성을 갖고 있다. 예를 들면, 나일론 6,6은 실온, 100% 상대습도에서 약 9%의 수분을 흡수한다. 흡수성은 고분자 주쇄의 비극성부분인 메칠렌기의 수가 많아질수록 주쇄 중 아미드기의 상대적 농도가 감소하기 때문에 감소한다.

예를 들어, 나일론 11은 1.9%의 흡수율을 보인다. 나일론수지에 흡수된 수분은 가소제 역할을 하며 인장강도 및 탄성율. 치수안정성을 감소시키는 등, 나일론의 물성을 저하시키므로 용융공정 전에 나일론 수지의 수분함량을 0.3%의 이하로 낮춘다.

나일론 6,6은 높은 강성을 보이지만, 나일론 6은 내후성 및 내열성이 우수하다. 훌륭한 차단특성(barrier property)으로 인해 나일론 6 필름은 산소에 민감한 음식 물의 포장재로 사용되어 진다.

이외에도 지방족 나일론에는 나일론 11, 나일론 12, 나일론 4,6 등이 있다. 1960년대. 아라미드라는 방향족 폴리아미드가 지방족 폴리아미드인 나일론의 내열성을 개선시키기 위해 개발되었다. 앞의 그림에 나타낸 바와 같이 케블라[폴리(파라-페닐렌테레프탈아미드)]는 나일론 6,6의 6개의 메칠렌부분인 헥사메칠렌 (hexamethylene)부분이 페닐기(phenyl ring group)로 바뀐 형태임을 알 수 있다.

나이론 6,6의 주쇄에 있는 헥사메칠렌은 탄소-탄소 단일결합간의 자유회전에 의하여 대단히 유연한 물성을 나타낸다. 여기에 비하여 같은 탄소 6개로 구성된 페닐기는 공명에 의한 평면고리구조이므로 유연하지 못하고 딱딱한 부분이 된다. 또한 페닐기는 공명안정화에너지가 36Kcal/mol로서 안정화되어있기 때문에 공명구조를 파괴하는데 이만한 에너지가 필요하므로 열적, 기계적 특성이 강해진다.

일례로서 Nomex는 메타 치환된 방향족 diacid chloride와 diamine중합에 의해서 얻어진 것인데 매우 높은 열저항성(약370oC에서 열분해) 때문에 내화성 보호복과 고온 기체여과 장치와 같은 많은 분야에서 석면의 대체품으로 사용될 수 있다. 선형 방향족 폴리아미드인 케블라는 500 oC 이상에서만 열분해된다. 케블라섬유는 동일무게 기준으로 강철보다 높은 강도 및 탄성율을 갖는다. 이러한 성질을 응용하여 방탄조끼, 라디알 타이어 등에 사용된다

Polyamide의 기본 특성

• PA는 흡수성 고분자이며 흡수시 물성 및 치수변화가 크다.
• PA의 흡수원인은 비결정부의 아미드기에 있고 분자구조내의 아미드기 농도가 낮을수록 흡수율이 낮다.
• 분자구조내의 아미드결합에 의하여 PA의 특징이 나타나며 아미드기의 비율에 따라 물성이 다르게 나타난다.

예를 들어 분자내 아미드기의 비율이 높으면 비중, 융점, 흡수성, 강성이 올라간다.

용도

개발 초기에는 항공우주분야의 재료로 사용돼 왔으나 현재는 산업용 기기, 전자산업 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히 고내열성을 가지면서도 얇고 굴곡성이 뛰어나 휴대폰, 디지털카메라, LCD나 PDP TV 안에 들어가는 연성회로기판(FPCB)의 원판인 연성동박적층필름(FCCL)의 핵심 원재료로 사용된다.

폴리아미드 필름은 결정화된 폴리아미드를 응용해 얇은 판의 형태로 가공한 두께 25㎛(마이크로미터) 이하의 제품이다. 내열성, 내한성, 가스 차단성 등이 우수해 식품과 의약품, 세탁세제, 샴푸 등의 포장 소재와 2차전지의 전해질을 담은 파우치 등 산업용 소재로 사용된다.

참고자료

• 〈코오롱 국내최초. 세계4번째, 폴리아미드 필름 생산〉, 《국제섬유신문》, 2005-07-25
• Haninpost Indonesia , 〈한국 산업부, 인도네시아산 폴리아미드필름 반덤핑 조사〉, 《한인포스트》, 2022-03-04
• 브리즈, 〈폴리아미드(Polyamide)〉, 《네이버 블로그》, 2019-08-16

같이 보기

• 나일론
• 필름

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