PET 필름 이물질의 발생처 내용 원인 최소화 방안

 PET 필름(Polyethylene Terephthalate Film) 제조 과정에서 이물질 발생은 품질 저하의 주요 원인이 되며, 이를 최소화하기 위해 원인과 대책을 체계적으로 분석해야 합니다. 아래는 PET 필름 제조 과정에서 이물질의 발생처, 내용, 원인, 그리고 이를 최소화하기 위한 방안에 대한 상세 설명입니다.

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1. PET 필름 제조 과정 개요

PET 필름은 주로 다음과 같은 공정을 통해 제조됩니다:

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원료 준비: PET 수지(펠릿)와 첨가제를 혼합.

용융 및 압출: 수지를 용융하여 T-다이를 통해 필름 형태로 압출.

냉각: 압출된 용융 PET를 냉각 롤(Chill Roll)에서 고화시켜 비결정 상태로 만듦.

연신: 이축 연신(Biaxial Orientation, MD/TD)으로 필름을 기계적 방향(MD)과 횡방향(TD)으로 늘려 강도와 투명성을 강화.

열고정(Heat Setting): 연신된 필름을 고온에서 열처리하여 치수 안정성을 확보.

코팅 및 후처리: 필요에 따라 표면 코팅, 코로나 처리, 슬리팅(Slitting) 등 수행.

검사 및 포장: 완성된 필름을 검사하고 포장.

이 과정에서 각 단계마다 이물질이 혼입될 가능성이 있습니다.

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2. 이물질 발생처 및 내용

이물질은 필름의 표면이나 내부에 존재하며, 외관 결함(예: Fish-eye, 스크래치)이나 기능적 문제를 유발할 수 있습니다. 주요 발생처와 이물질 내용은 다음과 같습니다:

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(1) 원료 단계

- 이물질 내용:

먼지, 섬유, 금속 입자, 기타 플라스틱 조각

PET 펠릿 자체의 불순물(예: 촉매 잔류물, 안티모니 화합물)

첨가제(안정제, 슬립제 등)에서 기인한 불균일한 입자

- 발생 원인:

원료 저장 및 운송 중 오염(예: 먼지, 이물 혼입)

원료 제조 과정에서 불완전한 여과

재활용 PET 사용 시 불순물 포함 가능성 증가

- 영향:

필름 표면에 점상 결함(Fish-eye) 또는 불균일한 색상 발생

투명도 저하

(2) 용융 및 압출 단계

- 이물질 내용:

겔(Gel): PET 수지의 열화로 인해 형성된 고분자 덩어리

탄화물(Char): 고온에서 수지가 타거나 분해된 잔류물

금속 마모 입자: 압출기 내부 마모로 인한 금속 조각

- 발생 원인:

압출기 내부의 잔류 수지로 인한 열적 열화

부적절한 온도 제어(과열)

압출기 및 다이의 오염(청소 부족)

여과 시스템의 비효율성

- 영향:

필름 표면의 돌출 결함(겔, Fish-eye)

필름 두께 불균일

(3) 냉각 및 연신 단계

- 이물질 내용:

먼지, 오일, 정전기로 인한 미세 입자 부착

롤러 표면에서 전이된 오염물

- 발생 원인:

냉각 롤러(Chill Roll) 표면의 오염

작업 환경 내 먼지 및 공기 중 부유 입자

연신 롤러의 마모 또는 오염

- 영향:

필름 표면 스크래치 또는 점상 결함

정전기 발생으로 이물 부착 증가

(4) 코팅 및 후처리 단계

- 이물질 내용:

코팅액 내 불순물

코로나 처리 시 발생한 미세 입자

슬리팅 과정에서 발생한 미세 플라스틱 입자

- 발생 원인:

코팅액의 불완전한 여과

코로나 처리 장비의 오염

슬리팅 칼날의 마모로 인한 금속 입자

- 영향:

코팅층의 불균일성

필름 표면의 미세 결함

(5) 환경적 요인

- 이물질 내용:

공기 중 먼지, 섬유, 곤충 등

작업자의 의복, 장갑, 피부에서 떨어진 입자

- 발생 원인:

클린룸 환경 미비

작업자의 부주의(예: 적절한 보호복 미착용)

- 영향:

필름 표면의 무작위 오염

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3. 이물질 발생 원인 분석

이물질 발생의 근본 원인은 다음과 같이 요약할 수 있습니다:

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원료 오염: PET 펠릿 또는 첨가제의 불순물.

장비 오염: 압출기, 다이, 롤러 등의 잔류물 또는 마모.

공정 관리 부족: 부적절한 온도, 압력, 여과 시스템.

환경적 요인: 클린룸 미비, 정전기, 공기 중 부유 입자.

재활용 소재 사용: 재활용 PET의 불순물 함량 증가.

특히, 재활용 PET를 사용할 경우, 색상 변화(황변)나 겔 형성 가능성이 높아지며, 이는 열적 열화 및 산화 반응으로 인해 발생합니다.

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4. 이물질 최소화 방안

이물질을 최소화하기 위해 다음과 같은 다각적 접근이 필요합니다:

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(1) 원료 관리

고품질 원료 사용: 신뢰할 수 있는 공급업체로부터 고순도 PET 펠릿을 확보하고, 원료의 불순물 함량을 사전에 검사.

재활용 PET 전처리: 재활용 PET를 사용할 경우, 철저한 세척 및 여과 공정을 통해 불순물을 제거. 예: 초청정 재활용 PET 플레이크 생산을 위한 공정 최적화(온도, 압력, 공기 흐름 등).

원료 저장 환경 개선: 원료를 밀폐된 용기에 보관하고, 먼지 및 습기 침투를 방지.

(2) 장비 및 공정 최적화

고효율 여과 시스템 도입: 압출기 내에 고성능 필터(예: Pall Corporation의 여과 솔루션)를 설치하여 겔, 탄화물, 금속 입자를 제거.

정기적인 장비 청소: 압출기, 다이, 냉각 롤러를 주기적으로 세척하여 잔류 수지 및 오염물 제거.

온도 및 압력 제어: 압출 및 연신 공정에서 최적 온도(예: 280°C 이하)와 압력을 유지하여 열적 열화 방지.

롤러 관리: 냉각 및 연신 롤러의 표면을 정기적으로 점검하고, 마모 또는 오염 시 즉시 교체 또는 세척.

(3) 환경 관리

클린룸 운영: 제조 공정을 ISO 클래스 7 이상의 클린룸에서 수행하여 공기 중 부유 입자를 최소화.

정전기 제거: 정전기 제거 장치(Ionizer)를 설치하여 필름 표면에 먼지가 부착되는 것을 방지.

작업자 관리: 작업자가 클린룸 전용 보호복, 장갑, 마스크를 착용하도록 교육 및 관리.

(4) 코팅 및 후처리 개선

코팅액 여과: 코팅액을 사용하기 전에 고정밀 여과 시스템을 통해 불순물을 제거.

코로나 처리 최적화: 코로나 처리 장비를 정기적으로 점검하고, 오염을 방지하기 위해 청결 유지.

슬리팅 공정 관리: 슬리팅 칼날을 정기적으로 교체하고, 칼날 마모로 인한 금속 입자 발생 방지.

(5) 품질 관리 및 검사

실시간 검사 시스템: 레이저 검사기 또는 비전 시스템을 활용하여 필름 표면의 이물질을 실시간으로 탐지.

샘플링 검사 강화: 제조된 필름의 샘플을 주기적으로 분석하여 이물질의 유형과 원인을 파악.

피드백 시스템: 이물질 발생 시 원인을 추적하고, 공정 개선을 위한 데이터를 축적.

(6) 재활용 PET 사용 시 추가 대책

고급 여과 및 탈기 공정: 재활용 PET의 열화로 인한 겔 및 황변을 줄이기 위해 탈기 압출(Degassing Extrusion) 공정을 적용.

첨가제 최적화: 산화 방지제 및 열 안정제를 적절히 사용하여 재활용 PET의 안정성 강화.

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5. 추가 고려사항

에너지 효율성: 이물질 감소와 함께 에너지 소비를 줄이기 위해, 압출 및 연신 공정에서 에너지 효율적인 기술을 도입(예: LISIM® 선형 모터 연신 기술).

지속 가능성: 재활용 PET 사용 비율을 높이면서도 품질을 유지하기 위해, 바이오 기반 PET(Bio-PET) 또는 탄소 발자국을 줄이는 공정 도입을 고려.

규제 준수: 식품 포장용 PET 필름의 경우, FDA 및 ISO 규격을 준수하여 안티몬(Sb)와 같은 촉매 잔류물이 기준치 이하로 유지되도록 관리.

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● 결론

PET 필름 제조 과정에서 이물질은 원료, 장비, 환경, 공정 관리 등 다양한 단계에서 발생할 수 있습니다. 이를 최소화하기 위해 고품질 원료 사용, 고효율 여과 시스템 도입, 클린룸 운영, 정기적인 장비 유지보수, 그리고 실시간 품질 검사를 병행해야 합니다. 특히 재활용 PET 사용 시에는 추가적인 전처리 및 공정 최적화가 필요합니다. 이러한 전략을 통해 이물질로 인한 결함을 줄이고, 고품질 PET 필름을 안정적으로 생산할 수 있습니다.

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티피에스 (TPS)

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