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発明の名称 熱可塑性樹脂フィルムの製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−105490(P2001−105490A)
公開日 平成13年4月17日(2001.4.17)
出願番号 特願平11−287823
出願日 平成11年10月8日(1999.10.8)
代理人
発明者 原田 裕 / 綱島 研二 / 饗場 美加
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】走行する縦延伸熱可塑性樹脂フィルムに、横延伸、熱固定、熱弛緩の各処理を施して熱可塑性樹脂フィルムを製造する方法であって、横延伸、熱弛緩、熱固定の順に前記処理を施すことを特徴とする熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
【請求項2】横延伸処理後、かつ熱弛緩処理前において、さらに熱処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
【請求項3】熱弛緩処理を、フィルムの幅方向を拘束せずに、走行張力0.15〜1.5MPaで1〜90秒間行うことを特徴とする請求項1または2に記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
【請求項4】熱弛緩処理の直前に、フィルム両側端部を該フィルムから切断分離し、該フィルムを熱弛緩処理することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
【請求項5】該熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
【請求項6】熱弛緩処理後の熱固定処理の処理温度が、熱弛緩処理の処理温度よりも高いものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂フィルムの製造方法に関するものである。
【0002】更に、詳しくは、熱寸法安定性性、平面性、幅方向の均一性に優れる熱可塑性樹脂フィルムを得るための熱可塑性樹脂の製造方法に関するものである。
【0003】
【従来の技術】熱可塑性樹脂フィルムは、その物理的、熱的特性に応じてさまざまな分野で利用されている。特に、ポリエステルフィルムは機械的特性などにも優れるため、より好ましく用いられている。中でもポリエステルフィルム、特にポリエチレンテレフタレートやポリエチレン−2、6ナフタレートフィルムは、その機械的特性、熱的特性、電気的特性が優れるため、磁気記録用ベースフィルム、プリンターリボンやFPC基板用、ICカード用途などのOA用途や、複写機やプリンターなどに使用されるオーバーヘッドプロジェクタ(OHP)用シートや製図用原紙、また、モーターやトランスなどにおける電気絶縁用材料などさまざまな用途で用いられている。
【0004】ここで、ポリエステルのフィルムは、延伸により分子配向させることで、ヤング率などの機械的特性を向上させたものであるが、このフィルムには延伸による歪みが分子鎖に残留するため、加熱によりこの分子鎖の歪みが開放され、収縮するという性質を持っている。この収縮特性を利用して、包装用のシュリンクフィルムなどへ展開されているが、一般には、上述したような用途においては、この収縮特性は障害となることが多く、熱寸法安定性に優れるフィルムが要求される。
【0005】そこで、ステンター中で横延伸に引き続き熱固定を行い、この分子鎖の歪みを開放する方法が一般的に用いられている。この熱固定の温度に応じて熱収縮量は低下していくが、この熱固定だけでは完全に歪みを除去することができず、熱収縮が残留するという問題が生じる。
【0006】従来、この残留歪みを除去するために、ステンターのレール幅を先細りになるようにして(トウイン、リラックスなどと呼ばれる)、幅方向に若干収縮させるようにして、この残留歪みを完全除去する方法が採用されている。しかしながら、この方法では、幅方向の熱収縮率は除去可能であるが、長手方向の熱収縮を完全に除去することはできない。このため長手方向の熱収縮を除去する方法について、過去にいろいろな方法が検討されている。
【0007】例えば、特公平4−28218号公報では、ステンターのクリップ間隔が除々に狭くなるようにすることで、長手方向に弛緩処理を行う方法が提案されている。しかしながら、この方法では、装置上の問題で弛緩率に上限があり、また、弛緩率を大きくすると、弛緩処理前のクリップ間隔が広くなり、クリップ把持部と非把持部の物性むらが大きくなるという問題が生じる。
【0008】また、製品化されるフィルム幅方向の物性の均一化は、収率を向上させる上で重要である。一般に、幅方向の物性むらは、ステンターにおける加熱時に生じる熱収縮応力によるものと、ステンターにおける横延伸工程で生じる縦方向の収縮力により、熱処理室での加熱から、剛性が低いフィルムのうち長手方向への拘束が弱いフィルム中央部が、横延伸工程側に引き込まれることにより生じると考えられている。また、このようにして生じる物性むらは、ステンター入口でフィルムの横方向に平行に引いた直線が、出口で弓状に湾曲するボーイング現象と同様に、フィルム幅方向に分布を示す。
【0009】そこで、このボーイング現象を抑える方法として、例えば、一軸延伸したフィルムをステンターで横延伸し、いったん、クリップ把持を開放し、更に再度クリップでフィルムを把持し、120〜240℃の温度領域において昇温させながら熱固定する方法(例えば、特開昭57−87331号公報)、未延伸フィルムを延伸温度以上で予熱した後、縦横方向に同時二軸延伸し、次いで等温ずつ多段階に分割昇温させて再熱処理する方法(例えば、特開昭54−137076号公報)などが提案されている。
【0010】しかしながら、このような方法ではボーイング現象を多少抑制することはできても、熱寸法安定性、機械的特性、平面性などを損なわずにフィルム幅方向における諸物性を均一化するには不十分であったり、装置が大型化するといった問題が生じる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱寸法安定性、平面性、幅方向の均一性を有する熱可塑性樹脂フィルムを得るための熱可塑性樹脂フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記のことを配慮し、鋭意検討した結果、本発明に達したもので、本発明は、走行する縦延伸熱可塑性樹脂フィルムに、横延伸、熱固定、熱弛緩の各処理を施して熱可塑性樹脂フィルムを製造する方法であって、横延伸、熱弛緩、熱固定の順に前記処理を施すことを特徴とする熱可塑性樹脂フィルムの製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【0014】本発明は、走行する縦延伸熱可塑性樹脂フィルムを横延伸、熱固定、熱弛緩の処理を施して熱可塑性樹脂フィルムを製造する方法であって、横延伸、熱弛緩、熱固定の順に処理を施すことが必要である。
【0015】この順に処理することにより、熱寸法安定性、平面性、幅方向の均一性を有するフィルムを得ることができる。
【0016】これに対して、従来とられてきた一般的な製膜方法では、横延伸、熱固定、熱弛緩の順に処理される。すなわち、横延伸後に熱固定を行う一般的な製膜方法では、横延伸直後のフィルムは熱収縮応力が非常に大きいためにそのようなフィルムを熱処理するとフィルム中に熱歪みが残りやすくなり、熱寸法安定性が悪くなる。これを解消するために熱処理温度を高くすると、幅方向の均一性を損なうこととなり、一般的な製膜方法ではこれらの特性を両立することが難しい。
【0017】これに対して、本発明者らは、横延伸後の熱弛緩においてフィルムの熱収縮応力を低減させておき、その後熱処理を行うことで、フィルム中に残存する熱歪みが小さくなり、熱寸法安定性と幅方向の均一性を両立できることを見出したのである。
【0018】本発明において、熱弛緩はフィルムの長手方向および/または幅方向に弛緩させる工程であり、フィルムを浮遊させた非接触の状態で、フィルムの幅方向を拘束せずに走行張力0.15〜1.5MPaで処理時間が1〜90秒間行うことが熱寸法安定性、製膜性の観点から好ましい。走行張力は0.2〜1MPaがより好ましい。処理時間は2〜60秒間がより好ましい。
【0019】本発明においては、横延伸後、かつ熱弛緩前にさらに熱処理を行うことが平面性を向上させる上で好ましい。該熱処理はフィルムの幅方向を拘束したまま横延伸温度以上、フィルムの融点以下で行われることが好ましい。
【0020】また本発明においては、熱弛緩直前にフィルムの両側端部を切断分離し熱弛緩することが幅方向の均一性の観点から好ましい。両側端部を切断分離しないと、フィルムの端部と中央部分とでフィルム厚さ及びフィルムの配向状態が異なるために、幅方向に均一に熱弛緩されなくなり、幅方向の物性の均一性が悪化してしまう。
【0021】本発明におけるフィルムの端部とは、ステンターにて横延伸するときにクリップによって把持されている部分の周辺のことであり、一般的には、フィルム中央部分のフィルム厚みに比べて10%以上厚い部分のことを指す。
【0022】本発明において熱固定処理とは、熱弛緩処理後に幅方向を拘束したままフィルムに熱を加える工程のことであり、好ましくは横延伸と熱固定は別々のステンターにて行われる。また、熱固定処理の処理温度は、熱弛緩処理の処理温度よりも高いことが寸法安定性の観点から好ましい。
【0023】ここで、本発明において熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロン6、ナイロン66などのポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−2、6−ナフタレート、ポリ−1、4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレートなどのポリエステル樹脂、その他、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂などを用いることができ、また、これらの樹脂はホモ樹脂であってもよく、共重合またはブレンドであってもよい。
【0024】中でも、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−2、6−ナフタレート、ポリ−1、4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレートなどのポリエステル樹脂およびこれらの共重合樹脂またはブレンドが好ましい。
【0025】また、これらの樹脂の中に、各種の添加剤、例えば酸化防止剤、帯電防止剤、結晶核剤、無機粒子および有機粒子などが添加されてもよい。特に、無機粒子や有機粒子はフィルムの表面に易滑性を与え、フィルムの取り扱い性を高めるためにも有効である。
【0026】また、本発明における熱可塑性樹脂は、一軸延伸フィルム、あるいは二軸延伸フィルムなど、どのような形態のものにも利用できるが、長手方向および幅方向に延伸し、二軸方向に分子配向を与えた二軸配向フィルムの製造工程に適用することが特に好ましい。長手方向や幅方向に特に配向の強いフィルムを製膜するためには、長手方向や幅方向に付加的に多段に延伸したり、二軸延伸後にさらに長手方向や幅方向に延伸することもできる。
【0027】次に、本発明の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法について具体的に説明するが、本発明はかかる例に限定されるものではない。
【0028】また、ここでは熱可塑性樹脂としてポリエチレンテレフタレートの1例を示すが、これに限定されるものではない。
【0029】まず、例えば、重合したポリエチレンテレフタレートのペレットを180℃で5時間真空乾燥した後、270〜300℃の温度に加熱された押出機に供給し、Tダイよりシート状に押出す。この溶融されたシートをドラム表面温度25℃に冷却されたドラム上に静電気力により密着させて固化をさせ、実質的に非晶状態の成形フィルムを得る。このフィルムを80〜120℃の加熱ロール群で加熱し長手方向に3〜6倍に一段もしくは多段で縦延伸し、20〜50℃のロール群で冷却しながら搬送する。
【0030】続いて、ステンターに導いて該一軸延伸フィルムの両端部をクリップで把持しながら、80〜140℃に加熱された熱風雰囲気中で予熱し、幅方向に3〜6倍に横延伸処理する。その後、横延伸処理温度以上かつフィルムの融点以下で熱処理を行うことが好ましい。その後、ステンターより取り出しフィルムの両側端部を切断分離することが幅方向の均一性の観点から好ましい。
【0031】その後、熱弛緩処理を行う。該熱弛緩処理はフィルムを浮遊させた非接触の状態でフィルムの幅方向が拘束されずに行われることが好ましく、具体的には、熱弛緩処理する温度近傍に加熱された空気をフィルムの片側のみに送ってフィルムを浮上させ、曲面を描くようにフィルムを走行させながら熱弛緩処理をすることがより好ましい。その際、走行張力は0.15〜1.5MPaが好ましく、0.2〜1MPaがより好ましい。処理時間は1〜90秒間行うことが好ましく、2〜60秒間がより好ましい。
【0032】次いで、このようにして熱弛緩処理されたフィルムを再度ステンターに導いてフィルムの両端部をクリップで把持しながら、熱固定処理する。熱固定処理の処理温度は熱弛緩処理の処理温度よりも高いことが好ましい。次いで、熱処理後に120〜210℃で冷却することが好ましい。熱固定処理および/または冷却では幅方向の熱弛緩処理を行ってもよい。
【0033】なお、むろん、ステンターにおける各処理条件(温度、時間など)を適宜変更し、最適化することや、幅方向の熱収縮率を抑えるために熱処理後に冷却しながら、幅方向に弛緩処理を施すことも好ましいことである。
【0034】このようにして得られたフィルムを、必要に応じてコロナ放電処理を施して、室温まで徐冷して巻き取ることで、本発明の熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる。
【0035】
【物性値の評価法】(1)熱特性示差走査熱量計として、セイコー電子工業株式会社製のロボットDSC「RDC220」を用い、データ解析装置として、同社製ディスクステーション「SSC/5200」を用いて、サンプル約5mgをアルミニウム製の受皿上300℃で5分間溶融保持し、液体窒素中で急冷固化した後、室温から20℃/分で昇温した。このときに観測されるガラス状態からゴム状態への移転に基づく、各ベースラインの延長した直線から縦軸方向に等距離にある直線と、ガラス転移の段階状変化部分の曲線とが交わる点の温度をガラス転移点(Tg)とした。
(2)熱寸法安定性幅10mm、長さ250mmにサンプリングした試料に、約200mm間隔となるように直線を引き、その間隔の長さを万能投影機により測定し、L0 (mm)とする。次に、該サンプルを無荷重で150℃に加熱された熱風オーブン中で30分間保持し、その後室温で2時間冷却した後、直線の間隔を万能投影機で正確に測定し、L1(mm)とする。この測定結果から、下式により算出し、5サンプルの平均値を熱寸法安定性とした。この評価を、フィルムの長手方向、幅方向についてそれぞれ測定した。
【0036】熱寸法安定性=((L0 −L1 )/L0 )×100)(%)
(3)幅方向の均一性フィルム幅方向における配向角の最大値と最小値の差z(°)のフィルム幅Lt(m)に対する比をz/Lt(°/m)とし、以下のようにしてフィルム幅方向物性均一性を判定した。なお、配向角は、白色光を光源として偏光顕微鏡を用い、その消光値から配向主軸とフィルム幅方向との狭角を求め配向角(°)とした。また、配向主軸は幅方向を0°、幅方向と垂直な方向(長手方向)を90°とした。
【0037】○:z/Lt(°/m)が15°/m以下のもの。
【0038】△:z/Lt(°/m)が15〜20°/m以下のもの。
【0039】×:z/Lt(°/m)が20°/mを越えるもの。
【0040】この3段階評価において、○と△は実用性のあるものと判断できるレベルのものであり、×は実用価値はないと判断できるレベルのものである。
(4)平面性A4サイズにカットしたフィルムをコルク板の上に置き、不織布を巻き付けた棒でフィルムをしごき、空気を排除した後、以下のようにして平面性を目視で判定した。
【0041】○:コルク板から浮き上がった部分が見られないもの。
【0042】△:コルク板から浮き上がった部分が3ヶ所以下であるもの。
【0043】×:コルク板から浮き上がった部分が3ヶ所以上を越えるもの。
【0044】この3段階評価において、○と△は実用性のあるものと判断できるレベルのものであり、×は実用価値はないと判断できるレベルのものである。
【0045】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【0046】実施例1o−クロロフェノール中で測定した固有粘度0.65のポリエチレンテレフタレートを用いた。DSCを用いて熱特性を測定したところ、Tg:75℃であった。このポリエチレンテレフタレートのペレットを180℃で5時間真空乾燥した後に、270〜300℃に加熱された押出機に供給し、Tダイよりシート状に成形した。さらにこのフィルムを表面温度25℃の冷却ドラム上に静電気力で密着固化し、長手方向に90℃で3.3倍にて一段階で一軸延伸した。
【0047】続いて、該一軸延伸フィルムの両端部をクリップで把持しながらステンターに導き95℃で横方向に4倍に横延伸しそのままステンター内で、幅方向の間隔を維持したまま180℃で熱処理し、ステンターよりフィルムを取り出した。取り出したフィルムのエッジ部分を切断分離し熱弛緩処理をした。該熱弛緩処理は、空気力によってフィルムを浮遊させる装置内にて、走行張力0.5MPa、処理時間20秒、処理温度180℃で行った。
【0048】熱弛緩処理したフィルムの両端部を再度クリップで把持しながら、ステンターに導き200℃で熱処理を行い、厚さ40μmの熱可塑性樹脂フィルムを得た。
【0049】得られたフィルムの物性を、表1に示す。熱寸法安定性、平面性、幅方向の均一性に優れるフィルムが得られた。
【0050】実施例2熱固定処理の処理温度を160℃に変更したこと以外は実施例1と同様にして厚さ40μmの熱可塑性樹脂フィルムを得た。
【0051】得られた熱可塑性樹脂フィルムの特性を表1に示す。平面性、幅方向の均一性に優れるフィルムが得られた。
【0052】実施例3フィルムのエッジ部分を切断分離せずに熱弛緩処理を行ったこと以外は実施例1と同様にして厚さ40μmの熱可塑性樹脂フィルムを得た。
【0053】得られた熱可塑性樹脂フィルムの特性を表1に示す。熱寸法安定性、平面性に優れるフィルムが得られた。
【0054】実施例4ステンター内で横延伸直後に熱処理を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして厚さ40μmの熱可塑性樹脂フィルムを得た。
【0055】得られた熱可塑性樹脂フィルムの特性を表1に示す。熱寸法安定性、幅方向の均一性に優れるフィルムが得られた。
【0056】実施例5熱弛緩する際の走行張力を2MPaに変更したこと以外は実施例1と同様にして厚さ40μmの熱可塑性樹脂フィルムを得た。
【0057】得られた熱可塑性樹脂フィルムの特性を表1に示す。平面性、幅方向の均一性に優れるフィルムが得られた。
【0058】比較例1熱弛緩後の熱固定を行わないこと以外は実施例1と同様にして厚さ40μmの可塑性樹脂フィルムを得た。
【0059】得られた熱可塑性樹脂フィルムの特性を表1に示す。熱寸法安定性、幅方向の均一性が劣っている。
【0060】比較例2熱処理の温度を220℃に変更し熱弛緩後の熱固定を行わないこと以外は実施例1と同様にして厚さ40μmの熱可塑性樹脂フィルムを得た。
【0061】得られた熱可塑性樹脂フィルムの特性を表1に示す。幅方向の均一性が大きく劣っている。
【0062】
【表1】

【0063】
【発明の効果】本発明によれば、熱寸法安定性、平面性、幅方向の均一性に優れる熱可塑性樹脂フィルムを生産性よく得ることが可能となる。




 

 


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