JP2006198785A - 同時二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポリエステルフィルムの製造において、高強度で厚みムラの少ない延伸フィルムを一工程の同時二軸延伸機で安定に高速で連続に製造する。
【解決手段】 実質的に未配向のポリエステルフィルムをガラス転移温度（Ｔｇ）以上、Ｔｇ＋５０℃以下の延伸温度で長手方向、幅方向に同時二軸延伸法で１段目の延伸をそれぞれ２．５倍以上に延伸した後、２段目以降の延伸倍率が前段階の延伸倍率よりも小さい倍率で、かつＴｇ以上、Ｔｇ＋１３０℃以下の延伸温度で、段階的に変更し、延伸を一工程で高強度延伸フィルムを安定に高速で連続に製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、同時二軸延伸機を用いたポリエステルからなる二軸延伸フィルムの製造方法に関するものであり、特に高強度で厚みムラの少ないフィルムの製造方法に関するものである。

高強度フィルムを同時二軸延伸方式で製造する方法として、例えば未延伸フィルムを縦方向に予め延伸した後に同時二軸延伸機を用いて延伸を行う方法（特許文献１）、あるいは同時二軸延伸機を２台以上並べて製造する方法（特許文献２）が提案されているが、いずれも延伸工程が少なくとも２工程以上必要であった。これらの方法では、製造工程を増やすために製造コストが高く、また厚みムラが増大する等の品質悪化の原因ともなる等であって、本発明が提案するような、高強度で厚みムラの少ない延伸フィルムを安定に高速で連続的に１工程で製造することは困難である。
特開昭６０−２３３４号公報 特開２００２−２５０９９０号公報

ポリエステルフィルムの製造において、高強度で厚みムラの少ない延伸フィルムを一工程の同時二軸延伸機で安定に高速で連続して製造する。

前記した本発明の課題は、未配向ポリエステルフィルムを多段で延伸するに際して、１段目の延伸を該ポリエステルのガラス転移温度（Ｔｇ）以上、Ｔｇ＋５０℃以下の延伸温度で長手方向、幅方向に同時二軸延伸法でそれぞれ２．５倍以上に延伸し、引き続き２段目以降の延伸を該ポリエステルのＴｇ以上、Ｔｇ＋１３０℃以下の延伸温度で前段階の延伸倍率よりも小さい倍率で延伸することを特徴とする同時二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法で達成できる。

本発明により、同時二軸延伸機を用いて高強度で厚みムラの少ないフィルムを高速かつ安定に製造することが可能となり、高品質な製品を安価に供給することが可能となる。

本発明では、実質的に未配向のポリエステルフィルムを該ポリエステルのＴｇ以上、Ｔｇ＋５０℃以下の延伸温度で長手方向、幅方向に同時二軸延伸法で１段目の延伸をそれぞれ２．５倍以上に延伸した後、Ｔｇ以上、Ｔｇ＋１３０℃以下の延伸温度で、延伸倍率を段階的に変更し、２段目以降の延伸倍率が前段階の延伸倍率よりも小さい倍率で延伸することが肝要である。

本発明の範囲内とするには、同時二軸延伸機を用いてポリエステルフィルムを延伸することが必要である。例えば、インフレーション同時二軸延伸法、ステンター同時二軸延伸法等いずれの延伸方式を採用しても良いが、製膜安定性、高速製膜の点から、ステンター同時二軸延伸法が好ましい。特にリニアモーターで駆動するステンター同時二軸延伸法が好ましい。クリップ駆動方式がリニアモーター方式である装置は、生産性が高く、延伸条件の自由度も高いため、本発明の実施にあたってはきわめて有効である。リニアモーターを用いた装置としては例えば、独国ブルックナー社製のＬＩＳＩＭテンターが挙げられる。

本発明でいう、延伸区間とは延伸倍率の変化率が一定である区間のことをいう。延伸倍率の変化率が一定であるとは、延伸前のフィルム長さと延伸後フィルムの長さの変化率が一定であることをいう。長手方向は延伸速度の変化率が一定であることをいう。長手方向の延伸区間を制御するにはリニア駆動方式での延伸制御を行う延伸機を用いて行うことが有効である。

２段目以降の延伸倍率を前段階の延伸倍率よりも大きい倍率にすると、延伸工程での破れが多発したり、厚みムラが大きなフィルムとなるため好ましくない。

本発明では、特に限定されないが２段目以降の延伸を２段以上で行うことが好ましい。２段目以降の延伸が２段以上であると、延伸工程での製膜破れが発生しにくくなるので好ましい。さらに好ましくは３段以上である。また、本発明では、特に限定されないが２段目以降の延伸を２０段以下で行うことが好ましい。延伸段階を多くすることにより高強度フィルムを安定に製膜することが可能になるが、延伸段階を多くするためには設備費用が高価になるため現実的でない。

１段の延伸工程だけで高強度フィルムを安定に製造することは困難であり、延伸工程での破れが多発するため好ましくない。

１段の延伸工程で温度の違う区間を連続に同じ倍率で延伸する方法も考えられるが、高強度フィルムが得られにくく破れが多発するため好ましくない。

本発明は、高速での製膜安定性を高めることを可能にするものであるが、高速とは具体的に分速１２０ｍ以上である。製造コストの観点から、好ましくは分速１５０ｍ以上、より好ましくは分速１８０ｍ以上である。

本発明のポリエステルフィルムに用いられるポリエステルとは、芳香族ジカルボン酸または脂肪族ジカルボン酸とジオールを主たる構成成分とするポリエステルである。ここで、芳香族ジカルボン酸として、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、１，４−ナフタレンジカルボン酸、１，５−ナフタレンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、４，４′−ビフェニルジカルボン酸、４，４′−ビフェニルエーテルジカルボン酸、４，４′−ビフェニルスルホンジカルボン酸等を用いることができる。中でもテレフタル酸、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸が好ましく用いられる。脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸等を用いることができる。これらの酸成分は１種のみ用いてもよく、２種以上併用してもよく、さらには、ヒドロキシ安息香酸等のオキシ酸等を一部共重合してもよい。また、ジオール成分としては、例えば、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２−シクロヘキサンジメタノール、１，３−シクロヘキサンジメタノール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリアルキレングリコール、２，２′−ビス（４′−β−ヒドロキシエトキシフェニル）プロパン等を用いることができる。中でも、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオールが好ましく用いられる。これらのジオール成分は１種のみ用いてもよく、２種以上併用してもよい。

本発明のポリエステルフィルムに用いられるポリエステルの具体例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテレフタレートとエチレンイソフタレートとの共重合体、エチレンテレフタレートとエチレンナフタレートとの共重合体、ヘキサメチレンテレフタレートとシクロヘキサンジメチレンテレフタレートとの共重合体、ポリエチレンテレフタレートとポリブチレンテレフタレートとのブレンド、ポリエチレンテレフタレートとポリエーテルイミドのブレンド等を挙げることができる。延伸性の点から好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートである。

本発明の二軸配向ポリエステルフィルムは、本発明の効果を阻害しない範囲で単層でも２層以上の積層構造であっても良い。

本発明におけるポリエステルフィルムは、本発明の効果を阻害しない範囲で少なくとも片面に水溶性塗剤、あるいは有機溶剤系の塗剤を塗布することにより易接着層を設けても良い。

本発明に用いられるポリエステルフィルムの厚さは特に限定されるものではないが、特に高強度フィルムを必要とする磁気材料用途では、２．０〜７．０μｍが好ましく、より好ましくは４．０〜６．５μｍである。

本発明において、発明の効果を阻害しない範囲であれば、ポリエステルフィルムの表面粗さを制御するために、フィルム中に粒子を添加しても良い。例えば、ポリエステルフィルム中に不活性粒子を添加することにより所望の表面が得られる。さらに例示するならば、添加する不活性粒子として、シリカ、炭酸カルシウム、酸化チタン、カオリン、タルク、アルミナなどを用いることができる。さらに架橋高分子粒子などを用いることもできる。重合段階でこれらの粒子を添加する場合、均一に分散させることが好ましい。

次に本発明の二軸配向ポリエステルフィルムの製造方法について説明する。

本発明のポリエステルフィルムの好ましい製造方法を、以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

ポリエステルをＴダイ押し出し法によってキャストドラム上に押し出すことによって未延伸フィルムとし、次いで、ステンター同時二軸延伸法で長手方向、幅方向に同時に２段階以上の延伸倍率で延伸する。

１段目の延伸を行う延伸温度は、延伸に用いるポリエステルのＴｇ以上、Ｔｇ＋５０℃以下である。好ましくは、Ｔｇ以上、Ｔｇ＋４０℃以下、より好ましくはＴｇ以上、Ｔｇ＋３５℃以下である。Ｔｇ以下の温度で延伸を行うとフィルム破断が発生しやすく、Ｔｇ＋５０℃よりも高くなると高強度フィルムが得られないため好ましくない。２段目以降の延伸を行う延伸温度はＴｇ以上、Ｔｇ＋１３０℃以下の延伸温度であることが好ましい。好ましくはＴｇ＋２０℃以上Ｔｇ＋１２５℃以下、より好ましくはＴｇ＋３０℃以上Ｔｇ＋１２０℃以下の温度で延伸する。Ｔｇ以下の温度で延伸を行うとフィルム破断が発生しやすく、Ｔｇ＋１３０℃よりも高くなると高強度フィルムが得られないため好ましくない。

ここで、ポリエステルのＴｇとは、フィルムに成形された樹脂のＴｇをさす。

１段目の延伸倍率は、２．５倍以上で行う。用いるポリマの種類によって適宜選択されるが、フィルム破断、厚みムラの観点から、好ましくは長手方向、幅方向それぞれ２．５〜６倍、より好ましくは２．８〜５倍が適当である。

２段目以降の延伸倍率は、前段階の延伸倍率よりも小さい倍率で行う。好ましくは長手方向、幅方向それぞれ１．０１〜３倍、より好ましくは１．０２〜２．５倍が適当である。特に長手方向の２段目の延伸倍率は１．１〜２．５倍が好ましく、さらに好ましくは１．２〜２．０倍であり、より好ましくは１．２５〜１．６倍である。

さらに、同時二軸延伸後のフィルムを熱処理してもよい。１８０〜２４０℃好ましくは１９０〜２２０℃で０．５〜２０秒、好ましくは１〜１５秒熱固定を行う。熱固定温度が１８０℃よりも低いとフィルムの結晶化が進まないため構造が安定せず、高温保管や熱負荷時に熱収縮により微小平面性悪化を引き起こしやすいため好ましくない。熱処理に引き続き、弛緩処理を長手方向、幅方向それぞれ０．１〜１０％の範囲で行なっても良い。

このようにして得られたフィルムは、特に限定されないが、磁気記録材料、電子材料、製版フィルム、昇華型リボン、包装材料に用いられる。高強度フィルムの要求が高い高密度磁気記録媒体には特に適している。

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

（１）製膜安定性評価
フィルム破れが４８時間の製膜に０〜１回発生した場合を「Ａ」、フィルム破れが４８時間の製膜につき２〜３回発生した場合を「Ｂ」、フィルム破れが４８時間の製膜につき４回以上発生した場合を「Ｃ」。「Ｂ」以上が、製膜時の実用可能なレベルである。

製膜速度は１００ｍ／ｍｉｎ以上で測定する。なお、製膜速度が１００ｍ／ｍｉｎ以下の製膜速度においては、それぞれの評価基準時間を１．５倍にして評価する。

（２）強度評価（ヤング率）
ＪＩＳ−Ｋ７１２７の方法に従い、インストロンタイプの引張試験機を用いて２３℃、６５％ＲＨにてヤング率を測定した。フィルムの縦方向（ＭＤ）および幅方向（ＴＤ）に切り出した幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試料フィルムを引っ張り測定した。５回測定した結果の平均値をそのフィルムのヤング率とした。
ＭＤ方向、ＴＤ方向ヤング率の和をトータルヤング率とした。
トータルヤング率の値が、１１［ＧＰａ］以上であるものを「Ａ」、１１未満９．５［ＧＰａ］以上のものを「Ｂ」、９．５［ＧＰａ］未満のものを「Ｃ」とした。Ｂ以上が高強度フィルムとしての使用が可能なレベルである。

（３）厚みムラ評価
フィルムの長手方向、幅方向にそれぞれ１ｍの試料をマイクロメーターを用いて約２０ｍｍ毎に５０点測定し、それぞれの方向で、平均厚み（ＸＡ）、最大厚み（Ｘｍａｘ）最小厚み（Ｘｍｉｎ）をもとめ、下式で示される厚みムラ（Ｒ）が１５％以下であるものを「Ａ」、１５％よりも大きいものを「Ｂ」とした。厚みムラがＢであると、ユーザーでの後工程でトラブルを起こす可能性が高く、Ａ以上を厚みムラ良好なレベルとした。

厚みムラ：Ｒ＝（（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）／ＸＡ）＊１００ （％）
（４）ガラス転移温度（Ｔｇ）
セイコー電子（株）製示差走査熱量計ＲＤＣ２２０型を用いて、ポリエステル樹脂試料５ｍｇを採取し２８０℃まで昇温し、２８０℃で５分間保持した後、液体窒素で急冷し、再度室温より昇温速度２０℃／分で昇温して測定した。得られたピークが多重ピークであるときは、最も高い値をその樹脂のガラス転移温度とする。

（５）重量法厚み
フィルムの幅（Ｗ、単位ｍ）、長さ（Ｌ、単位ｍ）、密度（ρ、単位ｋｇ／ｍ^３）、重量（Ｇ、単位ｋｇ）から重量法厚みを次の式から算出した。

重量法厚み＝Ｇ／（Ｗ×Ｌ×ρ）
実施例１〜４
平均粒径０．０６μｍ、体積形状係数ｆ＝０．５１の球状シリカ粒子を含有するポリエチレンテレフタレートと実質上粒子を含有しないポリエチレンテレフタレートのペレットを作り、球状シリカ粒子の含有量が０．２重量％となるよう２種のペレットを混合することにより熱可塑性樹脂Ａを調製した。また、平均粒径０．３μｍ、体積形状係数ｆ＝０．５２のジビニルベンゼン／スチレン共重合架橋粒子を含有するポリエチレンテレフタレートと、平均粒径０．８μｍ、体積形状係数ｆ＝０．５２のジビニルベンゼン／スチレン共重合架橋粒子を含有するポリエチレンテレフタレート、および実質上粒子を含有しないポリエチレンテレフタレートのペレットを、０．３μｍの粒子含有量が０．２６重量％、０．８μｍの粒子含有量が０．０１重量％となるよう混合した熱可塑性樹脂Ｂを調製した。これらの熱可塑性樹脂をそれぞれ１６０℃で８時間減圧乾燥した後、別々の押出機に供給し、２７５℃で溶融押出して高精度濾過した後、矩形の２層用合流ブロックで合流積層し、２層積層とした。その後、２８５℃に保ったスリットダイを介し冷却ロール上に静電印可キャスト法を用いて表面温度２５℃のキャスティングドラム巻き付け冷却固化して未延伸積層フィルムを得た。このフィルムを同時二軸延伸機にて表１に示す延伸倍率と温度で延伸を行い、引き続き２１５℃で熱処理した後、幅方向に１７０℃で１％弛緩処理をし、重量法厚みで６．０μｍの二軸延伸フィルムを得た（Ｔｇ：８０．８℃）。
評価結果を表１に示す。

比較例１〜４
表１に示す通りの延伸温度、延伸倍率で実施例１と同様に製膜した。結果を表１に示す。

Claims (1)

1. 未配向ポリエステルフィルムを多段で延伸するに際して、１段目の延伸を該ポリエステルのガラス転移温度（ｔｇ）以上、ｔｇ＋５０℃以下の延伸温度で長手方向、幅方向に同時二軸延伸法でそれぞれ２．５倍以上に延伸し、引き続き２段目以降の延伸を該ポリエステルのｔｇ以上、ｔｇ＋１３０℃以下の延伸温度で前段階の延伸倍率よりも小さい倍率で延伸することを特徴とする同時二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法。