JP2000502622A - 二軸配向セルロースフィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 セルロース材料の溶液のウェブ（２０）を、そのウェブが接着する延伸性表面（３）上にキャストして、一方向に、次に他の方向に逐次的に延伸することにより、二軸配向セルロースフィルムを製造する。そのフィルムは、その延伸性表面を延伸することにより、少なくとも一方向に延伸される。

Description

【発明の詳細な説明】 二軸配向セルロースフィルム 本発明は、セルロースフィルム、並びにそれらの製造のための方法および装置 に関する。 セルロースフィルムは既知であり、それらのフィルムは、セルロースパルプを 、例えばセルロースキサントゲン酸塩のようなビスコースに転化し、次にそのビ スコースをスロットダイを通して再生浴中に押し出し、その中で、例えばセルロ ースキサントゲン酸塩と希鉱酸との反応により、その押出物を再生セルロースの フィルムに転化することによって製造されている。製造されたフィルムは、望ま しい性質、特に、良好な物理的性質、良好な光学的性質、触感、ねじりおよび折 り曲げ保留性、およびそれらのフィルムに孔を開けることなく、水蒸気を通過さ せる能力を有する。このことが、結果として、再生セルロースフィルムが、他の 産業におけるさまざまな用途に加えて、包装材料として広範囲に使用されている ということにつながっている。 再生セルロースフィルムの良好な物理的性質にもかかわらず、合成高分子でつ くられたフィルムと比較すると、それらは、若干数の短所を有する。従って、再 生セルロースフィルムの水蒸気透過性は、いくつかの最終用途において長所であ ることがあるけれども、ほとんどとは言わないまでも、多くの場合において、そ れは短所である。なおそのうえ、再生セルロースフィルムの引張強さは、合成高 分子の引張強さと比較した場合、とりわけ、それらのフィルムが濡れている場合 には、比較的低いことが多い。このことは、世界市場における再生セルロースフ ィルムの減退および、その市場における 合成高分子の非常に有意な増大につながっている。 本発明は、先行技術における再生セルロースフィルムと比較して改良された物 理的性質を有するセルロースフィルムを提供することを探求するものである。 本発明に準じて、二軸配向セルロースフィルムが提供され、その配向は、溶媒 中のセルロース材料の溶液のウェブを、そのウェブから溶媒を除去する前に、逐 次的に延伸し、そのフィルムを形成させることにより付与される。 上記フィルムは、上記二方向において、実質的に均合のとれた性質を有してい てもよい。それら二つの軸方向は、お互いに対して垂直であるのが好ましい。 本発明にかかる非変性セルロースフィルムは、キサントゲン酸塩法によって製 造された再生セルロースフィルムと比較して特に良好な物理的性質を有する。非 変性セルロースとは、好適な溶媒中の、典型的にはアミンオキシド溶媒中のセル ロースの溶液から形成されたセルロースであり、米国特許第 A-5,277,857号にお いて規定されている。特に、本発明にかかる非変性セルロースフィルムは、その 縦方向および横方向の両方における高い引張強さを有する。それゆえに、上記ビ スコース法によって製造されたフィルムの強さと実質的に同様の強さを、本発明 にかかる、より薄いフィルムで達成することができる。 本発明は、セルロース材料用の溶媒中のセルロース材料の溶液のウェブを、そ れが接着する延伸性表面上に押し出すかまたはキャストし、その延伸性表面を少 なくとも一方向に延伸することにより、そのウェブを少なくとも前記一方向に延 伸することを含む、二軸配向セルロースフィルムの製造方法をも提供する。 上記セルロース溶液は、スロットダイを通して押し出すのが好ま しい。 上記セルロース溶液を、それが接着する拡張性または延伸性のゴム弾性的表面 上に押し出し、その延伸性表面を、押出方向に対して横方向に延伸することによ り、そのウェブを前記横方向に延伸し、二軸配向フィルムを製造する。 上記セルロース材料は、セルロース用の第三級アミン -N-オキシド溶媒、好ま しくはN-メチルモルホリン -N- オキシドに溶解したセルロースであってもよい 。上記溶媒中のセルロースの濃度は、好ましくは２〜25パーセント(w/w)、より 好ましくは４〜18パーセント（w/w）、典型的には約15％である。そのセルロー スの重合度は、好ましくは２００〜５０００、より好ましくは 400〜1000である 。 本発明にかかるフィルムは、第三級アミン -N-オキシド溶媒中のセルロースの 溶液の平らなウェブを、その溶液が接着することができる表面上に、スロットダ イを通して押し出し、その表面を、そのウェブを押し出すよりも素速い速度で、 そのダイから離し、そのウェブを押出方向に延伸することによって製造するのが 好ましい。次 に、そのウェブが接着した表面を、そのウェブの押出方向に対し て横方向に延伸することにより、そのウェブの横方向の延伸を行う。その後、そ のセルロース用の溶媒を、その二軸延伸ウェブから浸出させ、二軸配向セルロー スのフィルムを製造する。 上記セルロース溶液の逐次延伸により、上記二方向における配向度を、お互い に独立に制御できるようになる。押出方向の延伸比は、通常は少なくとも 1.5： １、典型的には少なくとも３：１であろうけれども、それらは、かなり、例えば 少なくとも25：１に及ぶほどに高くすることができる。その横方向の延伸比も同 様に、通常は少なくとも1.5：１であるけれども、それらもまた、かなり高く、 例えば少なくとも３：１またはそれ以上、例えば少なくとも８：１ とすることができる。 それゆえに、上記ウェブの全体としての面積延伸比は、通常は少なくとも2.25 ：１であろうけれども、かなりより高い延伸比、例えば10：１またはそれ以上、 例えば25：１に及ぶ延伸比を達成することができる。 延伸による上記ウェブの表面積の増大に伴って、そのウェブの厚みは必然的に 減少する。このことにより、特に薄いフィルムの製造が可能となる。例えば、縦 方向および横方向における延伸率により、 150μｍ厚の押出ウェブを延伸して、 結果として25μｍまたはそれ未満のフィルムを形成させることができ、または25 μｍ厚のウェブを延伸して、５〜10μｍまたはそれ未満のフィルムを形成させる ことができる。なおそのうえ、それらのフィルムの、縦方向および横方向におけ る物理的性質は、希望される全体としての面積延伸比を提供しつつ、その縦方向 および横方向における相対的な延伸比を選択することによって制御することがで きる。 上記押出ウェブの厚みは、かなり幅広く、例えば20〜1000μｍまで変えること ができるけれども、過度に厚いフィルムは、上記スロットダイのオリフィスと、 そのウェブが押し出される表面との間で物理的に不安定となり、そのウェブの破 壊につながることがあるので、制御が難しいことがある。なおそのうえ厚い延伸 されたウェブは、再生するのが難しいことがある。過度に薄いウェブは、薄過ぎ て、ウェブまたはその結果として得られるフィルムを破壊させることなしには、 延伸比をかなり増大させることができない。延伸前に 150μｍのウェブ厚とする のが好適であることが判っている。 上記二軸延伸ウェブから上記第三級アミン -N-オキシド溶媒を、水またはその アミンオキシドの希薄水溶液を使用して浸出させ、二軸配向セルロースフィルム を製造することができる。他の非溶剤、 例えばエタノール中で、そのフィルムを再生して、多孔質の再生材料をつくって もよい。その浸出方法は、そのウェブがその上で延伸された表面から、得られた フィルムを剥離しやすくするということが判っている。 希望するならば、上記ウェブを、上記押出ダイと、そのウェブがその上で横方 向に延伸されるべき表面との間で、１種またはそれ以上のガスフローを用いて処 理することができる。このような処理は、いくらかの水分を任意に含み、給湿さ れた環境を生ずる、さまざまな温度の空気または他のガスを包含している。その ガスフローを、さまざまな組成および／または温度の多数の流れにアレンジして 、さまざまな処理領域を提供することができる。そのダイ前面と、そのウェブ巻 取装置との間の空隙の長さは、その押出ウェブが、さまざまな時間の尺度で、調 節された雰囲気を通るように変えることができる。このような環境を任意に拡げ て、上記再生浴中への浸潰の前の、上記延伸性表面と接触している間に、上記ゲ ルウェブを処理することもできる。 本発明のもう１つの特徴によれば、配向フィルム、とりわけ二軸配向フィルム の製造のための装置であって、その装置が、高分子溶液のウェブがその上にキャ ストされるかまたは押し出される拡張性表面を包含しており、その表面が拡張し て、それに接着したウェブを少なくとも前記二軸方向の一方に延伸することがで きる装置が提供される。 上記拡張性表面はゴム弾性的表面であるのが好都合であり、傾いた剛直な端部 および縦方向の台形状断面を有する、偏心円柱状ドラム上の外部スリーブである のが好ましく、それらの剛直な端部を、お互いと共に回転させることにより、そ のスリーブの延伸を行う。 上記装置は、一般のキャストフィルムに使用してもよく、高分子 材料の溶液の実質的に平らなウェブを上記拡張性表面上に押し出すための押出デ バイスと組み合わせて使用するのが好ましい。 上記高分子溶液は、非変性フィルムを製造するためのセルロース溶液、好まし くはセルロースのアミンオキシド溶液であるのが好ましい。 上記装置は、上記溶液から溶媒を除去して、上記フィルムを製造するための溶 媒除去手段を包含していてもよい。 上記装置は、他のフィルム、例えば酢酸セルロース、カルボキシメチルセルロ ース、硝酸セルロースおよび他のセルロース誘導体に使用することもできる。 本発明にかかる装置の態様は、添付図を参照することにより、今ここに説明さ れるであろう。 図１は、明瞭にするためにいくつかの部分を省略した、本発明の態様の略垂直 断面図である。 図２は、本発明にかかるフィルムを製造中の、図１の装置の平面図である。 図３は、明瞭にするためにいくつかの部分を省略した、図１および図２の装置 の側面図である。 図４および５は、図１において示されているドラムの代替構成を略図的に説明 している。 図１を参照すると、その装置は、ゴム弾性的材料でつくられた円柱状の弾性ス リーブ３によって連接されている剛直な円形の端部２を有し、一般に、１におい て示されているドラムを包含している。好適なゴム弾性的材料は、ポリイソブチ レン、天然ゴム、クロロプレン、シリコーンゴムおよびスチレンブタジエンゴム の１種を含んでいてもよい。円形の端部２の各々は、軸シャフト４、５に取り付 けられており、シャフト４、５は、自在継手６により、または何か 他の継手手段により連接されている。継手６は、それらのシャフトの間の角度θ を変えることができるようにし、その一方から他方へ動きを伝達し、回転の間、 その角速度を一定にする。このような継手は、定速度継手、フックの継手または ギヤーボックスさえも包含している。シャフト４、５の長さに沿って、端部２そ れぞれの取付位置を変更することにより、ドラム１を、図１において示されてい るような実質的に台形の断面形状とすることができる。 上記シャフト４および５は、シャフト５の回転が、上記ドラム１を回転させる ように、フランジ１５中に取り付けられた自動調心軸受９により支持されている 。フランジ１５は、そのドラムがその中に収容されているハウジング１９の上に 形成されている。端部２は、お互いに平行ではないので、シャフト５の回転は、 上記円柱状のスリーブ３の表面上の点が、「Ａ」において表示されている位置か ら、「Ｂ」によって表示されている位置まで動き、次に「Ａ」に戻るにつれて、 先ず上記円柱状のスリーブ３を延伸し、次に、それを収縮させる。バンド３の延 伸率は、シャフト４および５上の円形の端部２の位置並びにそれらのシャフトの 間の角度θによって、変わるであろう。シャフト５の回転は、モーター７を使用 し、自在継手８を介して行われる。端部２は、好適な材料、例えばポリメタクリ ル酸メチル(perspex)またはステンレス鋼でつくられた１対の円板２１、２２を 各々含んでおり、板２１および２２の間に締め付けられているスリーブ３の端部 といっしょにボルト締めされている。 図２も参照すると、ドラム１が二軸配向セルロースフィルムを製造するのに使 用されているのが示されている。セルロースのN-メチルモルホリン -N-オキシド 溶液のウェブ２０は、スロットダイオリフィスを有する押出機１０から押し出さ れる。ウェブ２０は空隙１１を通過し、次にそれが接着するスリーブ３に接触す る。そのダイ は、そのドラムの表面から約10mmに設置されている。 上記モーター７の回転速度は、上記スリーブ３の周速度が上記ウェブ２０の押 出速度よりも速くし、それによって、ウェブ２０を押出方向に延伸し、配向させ るように調整されている。典型的な表面線速度は60メートル／分であるので、1. 33メートルの直径のドラムは毎分14回転で回転するであろう。 上記ドラム１の台形状断面は、上記シャフト４および５の周りのドラム１の回 転時に、上記スリーブ３それ自体が拡張するのにつれて、スリーブ３に接着した 上記ウェブ２０を横方向に拡張させる。それによって、ウェブ２０の二軸延伸が 行われる。そのドラムは、示されているように、その上部表面で 0.5メートルの 長さ、その下部表面で 1.5メートルの長さを有していてもよい。 上記ゴム弾性的スリーブ３の延伸は、その凹面につながる。このことは、（中 空であってもよい）上記シャフト４および回転コネクター２５を介して圧縮空気 を上記ドラム１中に導入することにより克服することができる。 図３を参照すると、ドラム１は、水１３の、またはアミンオキシドが70重量％ を超えず、より典型的には約25％であるアミンオキシド水溶液の浴１２中に設置 されている.。上記アミンオキシド溶媒は、上記ウェブ２０から浸出し、二軸配 向セルロースフィルムとし、そのフィルムは、ウェブ２０が上記スリーブ３に対 するよりも接着性が弱いために、スリーブ３から容易に剥離する。そのフィルム は、ドラム１から剥がされ、１対のガイドローラー１６および１７を通る。浴１ ２は、上記ハウジング１９の底からさまざまな高さにその浴を支持する高さ調整 機構２３、例えばシザージャッキの上に載っている。 上記浴１２の水は、上記スリーブ３が、浴１２から出た後に、ス リーブ３の表面上に載って運ばれがちであるので、循環して運ばれるあらゆる水 を除去するためにエアナイフ１８を備えており、上記ウェブ２０が、スリーブ３ に接着するのを防ぐことができる。 次に、上記の得られた二軸配向フィルムを、ロールに巻き上げる前に、さまざ まな処理、例えば、さらなる洗浄、漂白、乾燥およびコーティングに付すことが できる。そのうえ、そのフィルムを、反応性化学処理剤、例えば架橋剤、染料お よび／または軟化剤で処理することができる。 上記フィルムは、概してフィルム中に組み込まれている材料、例えば粘着防止 剤、着色材／充填材などを包含していてもよい。 上記装置で製造された逐次延伸非変性セルロースフィルム（試料２および３） を、引張強さについて、および押出方向にのみ延伸されたフィルムの引張特性と の比較について試験した。 上記フィルムから上記試料を切り取り、Instron Tensile 試験機で、20゜およ び65％の相対湿度において、200mm／分の押出速度において試験した。 ＴＤ＝横方向の延伸 ＭＤ＝縦方向の延伸 従って、約 2.5：１の横方向の延伸比は、そのセルロースフィルムの横方向の 強さを少なくとも倍増させるとみなすことができる。 図４を参照すると、ドラム４１が示されており、少なくともその下部の内面上 に、そのドラム内の加圧空気の体積を減少させること ができる造形挿入物４４によって、ゴム弾性的スリーブ４３が支持されている。 なおそのうえ、そのドラムの２つの端部４２は、図１に示されているような別個 の継手６を使用する代りに、それら２つの挿入物４４上の円錐形の表面４６によ り、回転するように結合されていてもよい。 図５を参照すると、１対の半径方向の固定アーム５７および支持ローラー５８ が、ドラム５１内に収容されている。支持ローラー５８は、それら２つの半径方 向のアーム５７の間に伸びている輪軸の周りに自由に回転し、スリーブ５３の上 部を内部から支持する。アーム５７は、端部５２の一部を形成している回転可能 な中空シャフト５４および５５の中を通る非回転シャフト５６上に取り付けられ ている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ストリート，ヒーサー イギリス国，コベントリー シーブイ３ ５エージー，スティベイチェル，ポストブ リッジ ロード 25 (72)発明者 ハウレイ，ケイス ニゲル ウィルキンソ ン イギリス国，レイスェスター エルイー10 ３エイチピー，ヒンクレイ，ウォルベ イ，モート レーン，フォー ウインズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．二軸配向セルロースフィルムであって、溶媒中のセルロースの溶液のウェ ブを、そのウェブから溶媒を除去する前に、異なる二方向に延伸、好ましくは逐 次的に延伸し、そのフィルムを形成させることにより、その配向が付与されたフ ィルム。 ２．配向の二方向において、実質的に均合のとれた性質を有する、請求項１に 記載のフィルム。 ３．非変性セルロースフィルムである、請求項１または２のいずれか１項に記 載のフィルム。 ４．セルロース材料用の溶媒中のセルロース材料の溶液のウェブを、それが接 着する延伸性表面上に押し出すかまたはキャストし、その延伸性表面を少なくと も一方向に延伸することにより、そのウェブを少なくとも前記一方向に延伸する ことを含んでいる、二軸配向セルロースフィルムの製造方法。 ５．上記ウェブを、スロットダイを通して押し出すことにより形成させ、先ず 、押出方向に、その後、押出方向に対して横方向に逐次的に延伸し、そのウェブ から溶媒を除去して二軸配向セルロースのフィルムを製造する、請求項４に記載 の方法。 ６．上記延伸性表面と接触しているウェブを用いて上記ウェブの横方向の延伸 を達成する、請求項５に記載の方法。 ７．上記延伸性表面をゴム弾性的スリーブ上に形成させる、請求項６に記載の 方法。 ８．上記スロットダイに関して、上記セルロース溶液を前記ダイから押し出す よりも速い速度で、上記延伸性表面を動かすことにより、上記ウェブの押出方向 の延伸を達成する、請求項５または６のいずれか１項に記載の方法。 ９．上記溶液を押出方向に 1.5：１〜25：１の倍率だけ延伸する、請求項４〜 ８のいずれか１項に記載の方法。 １０．上記溶液を押出方向に対して実質的に垂直な方向に 1.5：１〜８：１の 倍率だけ延伸する、請求項４〜９のいずれか１項に記載の方法。 １１．上記材料が、第三級アミンオキシド溶媒に溶解したセルロースである、 請求項４〜９のいずれか１項に記載の方法。 １２．上記第三級アミンオキシドが、N-メチルモルホリン -N-オキシドである 、請求項１１に記載の方法。 １３．水、または何か他の非溶剤、または水中もしくは非溶剤中の上記溶媒の 希釈溶液を使用して上記溶媒を除去する、請求項４〜１２のいずれか１項に記載 の方法。 １４．その上に高分子溶液のウェブを押し出すか、またはキャストすることが できる拡張性表面を包含しており、その表面が拡張することができ、それに接着 したウェブを前記二軸方向の少なくとも一方に延伸する、配向フィルムの製造装 置。 １５．上記拡張性表面が、ゴム弾性的手段上の表面である、請求項１４に記載 の装置。 １６．上記ゴム弾性的手段が、円柱状のスリーブの形である、請求項１５に記 載の装置。 １７．上記円柱状のスリーブが、お互いに関して傾いた、実質的に剛直な端部 を有しており、各々と共に前記剛直な端部を回転させることにより、そのスリー ブの延伸を達成する、請求項１６に記載の装置。 １８．前記２つの端部の間の角度を調整して、横方向の延伸率を調整すること ができる、請求項１７に記載の装置。 １９．実質的に平らなウェブを上記拡張性表面上に押し出すため の押出手段をさらに包含しており、その表面を、上記溶液を押し出すよりも速い 速度で、その押出手段から離すことができ、押出方向に対して垂直な方向に拡張 することができる、請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の装置。 ２０．上記ウェブから溶媒を除去するための手段をさらに包含しており、水の ための、または上記溶媒の希釈水溶液のための浴を含んでいる、請求項１４〜１ ９のいずれか１項に記載の装置。 ２１．上記ウェブが上記動くことができる拡張性表面と接触する前に、その表 面を乾燥するための手段を包含している、請求項１４〜２０のいずれか１項に記 載の装置。