JP2014151510A - 押出方法、及び熱可塑性樹脂フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 二軸押出機を使用して透明性の高い熱可塑性樹脂フィルムを供給する。
【解決手段】 二軸押出機のスクリューの最外径をＤ、二軸押出機への原料供給量をＱ、二軸押出機のスクリュー回転数をＮｓとした際に、以下の式を満たすように、二軸押出機によって熱可塑性樹脂を押出すことを特徴とする、熱可塑性樹脂の押出方法。
式：０．００３７×Ｑ−０．１×（Ｄ／１００）^２≦Ｑ／Ｎｓ≦０．００３７×Ｑ＋２．０×（Ｄ／１００）^２
【選択図】図１

Description

本発明は、透明性が高く異物の少ない熱可塑性樹脂フィルムを製造するのに好適な押出方法及び該押出方法を用いた熱可塑性樹脂フィルムの製造方法に関するものである。

熱可塑性樹脂を使用してフィルムを製膜する際に押出機の脱気性能や添加剤の分散性の観点から二軸押出機が使用されることがある。二軸押出機は押出後のポリマ特性がスクリュー回転による剪断に依存する割合が大きく、二軸押出機を用いて溶融・混練する場合、押出機のスクリュー回転数によっては、剪断不足により溶けきらない微小結晶が残存し、ポリマを冷却してフィルムとした際にそれを核としてフィルムヘイズの悪化を招いたり、逆に剪断過多により樹脂温度が高くなりすぎ、ポリマ劣化により異物が発生したりする。

特許文献１には二軸押出機を用いてポリアミド／ポリフェニレンエーテル樹脂組成物を製造する際の押出機の運転条件パラメーターの記載がある。また特許文献２には、ポリエステル原料樹脂を押出す際の吐出量範囲の規定がある。さらに特許文献３には、ポリエステル原料をベント式二軸押出機に供給し押出す際の押出量とスクリュー回転数が開示されている。

特開２００６−２９１１０４号公報 特開２０１２−５６０９０号公報 特開２０１２−１６６５４７号公報

しかし特許文献１に記載の方法は、適正な押出量とスクリュー回転数の範囲が、押出量によって変化することが考慮されていない。そして特許文献２に記載の方法は、スクリュー１回転に対する吐出量適正範囲は、実際の吐出量に依存しておらず、剪断不足によるフィルムヘイズ悪化や剪断過多による異物発生を招く可能性がある。さらに特許文献３に記載の方法は、スクリュー径が同じであれば適正範囲が全ての吐出量で同じとなるため、同じスクリュー径の押出機で吐出量を下げた際に剪断不足によるフィルムヘイズの悪化を招く可能性がある。

そこで本発明は、樹脂を十分に溶融・混練し透明性が高く異物の少ない熱可塑性樹脂フィルムを得るための押出方法及び製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、以下である。
１） 二軸押出機のスクリューの最外径をＤ（ｍｍ）、二軸押出機への原料供給量をＱ（ｋｇ／ｈ）、二軸押出機のスクリュー回転数をＮｓ（ｒｐｍ）とした際に、以下の式を満たすように、二軸押出機によって熱可塑性樹脂を押出すことを特徴とする、熱可塑性樹脂の押出方法。
式：０．００３７×Ｑ−０．１×（Ｄ／１００）^２≦Ｑ／Ｎｓ≦０．００３７×Ｑ＋２．０×（Ｄ／１００）^２
２） 前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする、１）に記載の押出方法。
３） １）又は２）に記載の押出方法を用いた工程を有する、熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。

本発明の押出方法によれば、透明性が高く異物の少ない熱可塑性樹脂を得ることができる効果を有し、また本発明の製造方法によれば、透明性が高く異物の少ない熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる効果を有する。

本発明の二軸押出機の模式図の一例

以下、本発明を詳細に説明する。

図１に本発明に用いる二軸押出機の例を示す。図１において１は押出機のシリンダー、２はスクリュー、３は原料供給口、４は原料供給フィーダである。なお、これは一例であり、本発明に用いる二軸押出機はこれに限定されない。

本発明に用いる二軸押出機では、図１中の４の原料供給フィーダより、３の原料供給口を通して原料を供給する。ここで、原料供給フィーダから供給する原料の量を原料供給量といい、これをＱ（ｋｇ／ｈ）とする。

本発明に用いる二軸押出機のスクリューの最外径（Ｄ（ｍｍ））とは、スクリューを回転させたときのスクリューの端部の軌道のうち一番長い径のことである。図１においては、５の長さである。ここで、熱可塑性樹脂を押出す際のスクリュー回転数をＮｓ（ｒｐｍ）とする。

そして本発明の押出方法では、原料供給量Ｑ及びスクリュー回転数Ｎｓの比Ｑ／Ｎｓが、以下の式を満たすように、原料を二軸押出機に供給して、熱可塑性樹脂を押し出すことが重要である。
式：０．００３７×Ｑ−０．１×（Ｄ／１００）^２≦Ｑ／Ｎｓ≦０．００３７×Ｑ＋２．０×（Ｄ／１００）^２
Ｑ／Ｎｓが式０．００３７×Ｑ＋２．０×（Ｄ／１００）^２で計算される値を超えると剪断不足になり、溶融した熱可塑性樹脂内に微結晶が残るため、溶融した熱可塑性樹脂をフィルムにするために冷却固化した際に、透明性が低くなってしまう。Ｑ／Ｎｓが式０．００３７×Ｑ−０．１×（Ｄ×１００）^２で計算される値より小さいと剪断過多で樹脂温度が高くなりすぎて、ポリマ劣化により異物が発生してしまう。

なお、本発明に用いる二軸押出機のスクリューの最外径Ｄの長さは、特に限定されないが、好ましくは２０ｍｍ以上４５０ｍｍ以下である。さらに好ましくは、３０ｍｍ以上１３０ｍｍ以下である。

本発明の製造方法により得られる熱可塑性樹脂フィルムは、透明性が高いフィルムとなる。得られた熱可塑性樹脂フィルムを液晶ディスプレイに使用する場合、厚み１８８μｍのときのフィルムヘイズが２．０％未満であることが好ましい。フィルムヘイズが２．０％以上であると、該フィルムを使用して加工された成型加工品は外観上劣るものとなったり、光学用フィルムとして使用した際には、画像に影響を与える等の不具合が発生する。

本発明の製造方法により得られるフィルムは、欠点個数が少ないフィルムとなる。フィルムの欠点個数が多い場合、該フィルムを使用して加工された成型加工品は外観上劣るものとなったり、光学用フィルムとして使用した際には、画像に影響を与える等の不具合が発生する。

本発明の押出方法によって押出すのに好ましい熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂、脂環族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、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチルサクシネート、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、ポリエチレンジフェニルレートなどのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、３フッ化エチレン樹脂・３フッ化塩化エチレン樹脂、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂などのフッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリ乳酸樹脂、などを用いることができる。この中でも、強度・耐熱性・透明性の観点から、本発明の押出方法によって押出される熱可塑性樹脂は、特にポリエステル樹脂を用いることがより好ましい。また、エチレンテレフタレートを繰り返し単位に有するポリエステルは、安価であり、非常に多岐にわたる用途に用いることができるので好ましい。つまり本発明の押出方法によって押出される熱可塑性樹脂は、ポリエチレンテレフタレートであることが好ましい。

本発明でいうところのポリエステルとしては、典型的なものは、ジカルボン酸とジオールとの重縮合体であるホモポリエステルや共重合ポリエステルである。ジカルボン酸としては、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’−ジフェニルジカルボン酸、４，４’−ジフェニルスルホンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、シクロヘキサンジカルボン酸とそれらのエステル誘導体などが挙げられる。ジオールとしては、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタジオール、ジ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、イソソルベート、１，４−シクロヘキサンジメタノール、スピログリコールなどが挙げられる。これらは、カルボン酸あるいはアルコールの形で重縮合するのみならず、エステル化誘導体など誘導体としてから重縮合体とできることはいうまでもない。

また、熱可塑性樹脂には公知の各種添加剤、例えば、酸化防止剤、帯電防止剤などを添加して、熱可塑性樹脂及び各種添加剤を含む組成物として本発明に用いても良い。

次に、本発明の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法を、例を挙げて以下に説明する。

まず熱可塑性樹脂を含むペレットを用意し、二軸押出機の原料投入部に供給する。二軸押出機内において、融点以上に加熱溶融された熱可塑性樹脂は、ギヤポンプ等で熱可塑性樹脂の押出量が均一化され、フィルター等を介して異物やゲル化物などが取り除かれる。このとき、二軸押出機は、１台であっても、複数台であってもよい。また複数台の二軸押出機を用いる場合は、フィルターを通過した熱可塑性樹脂を積層装置に送り込む。積層装置としては、マルチマニホールドダイやフィードブロックやスタティックミキサー等を用いることができる。また、これらを任意に組み合わせても良い。

このような本発明の押出方法を用いた工程を経て得られた熱可塑性樹脂を含む溶融体は、ダイにて目的の形状に成形された後、吐出される。そして、ダイから吐出されたシートは、キャスティングドラム等の冷却体上に押し出され、冷却固化され、キャスティングフィルムが得られる。この際、ワイヤー状、テープ状、針状あるいはナイフ状等の電極を用いて、静電気力によりキャスティングドラム等の冷却体に密着させ急冷固化させることが好ましい。また、スリット状、スポット状、面状の装置からエアーを吹き出してキャスティングドラム等の冷却体に密着させ急冷固化させたり、ニップロールにて冷却体に密着させ急冷固化させる方法も好ましい。

このようにして得られたキャスティングフィルムは、必要に応じて二軸延伸することが好ましい。二軸延伸とは、長手方向および幅方向に延伸することをいう。延伸は、逐次に二方向に延伸しても良いし、同時に二方向に延伸してもよい。また、さらに長手方向および／または幅方向に再延伸を行ってもよい。

逐次二軸延伸の場合について説明する。ここで、長手方向への延伸とは、フィルムに長手方向の分子配向を与えるための延伸を言い、通常は、ロールの周速差により施され、この延伸は１段階で行ってもよく、また、複数本のロール対を使用して多段階に延伸しても良い。延伸の倍率としては樹脂の種類により異なるが、通常、２〜１５倍が好ましく、フィルムを構成する熱可塑性樹脂としてポリエチレンテレフタレートを用いた場合には、２〜７倍が特に好ましく用いられる。また、延伸温度としてはフィルムを構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度〜ガラス転移温度＋１００℃が好ましい。

このようにして得られた一軸延伸されたフィルムに、必要に応じてコロナ処理やフレーム処理、プラズマ処理などの表面処理を施した後、易滑性、易接着性、帯電防止性などの機能をインラインコーティングにより付与してもよい。

また、幅方向の延伸とは、フィルムに幅方向の配向を与えるための延伸を言い、通常は、テンターを用いて、フィルムの両端をクリップで把持しながら搬送して、幅方向に延伸する。延伸の倍率としては樹脂の種類により異なるが、通常、２〜１５倍が好ましく、フィルムを構成する樹脂にポリエチレンテレフタレートを用いた場合には、２〜７倍が特に好ましく用いられる。また、延伸温度としては、積層フィルムを構成する樹脂のガラス転移温度以上であり、ガラス転移温度＋１２０℃以下の温度が好ましい。

こうして二軸延伸されたフィルムは、平面性、寸法安定性を付与するために、テンター内で延伸温度以上融点以下の熱処理を行うのが好ましい。このようにして熱処理された後、均一に徐冷後、室温まで冷やして巻き取られる。また、必要に応じて、熱処理から徐冷の際に弛緩処理などを併用してもよい。

本発明の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法は、上述の本発明の押出方法を用いた工程を有することを特徴とする。そして本発明の製造方法で得られる熱可塑性樹脂フィルムは、透明性が高く、異物の少ないフィルムである。フィルムの透明性が低く、異物が多いとフィルムを使用して加工された成型加工品は外観上劣るものとなったり、光学用フィルムとして使用した場合に画像に影響を与える等の不具合が発生する。

本発明の二軸押出機を使用した押出方法を用いて得られたフィルムを評価するための、フィルムヘイズ、異物個数の測定方法を記載する。

（フィルムヘイズの測定方法）
得られたフィルムから幅方向に等間隔５カ所で１００ｍｍ×１００ｍｍ四方のフィルムサンプルを採取し、ＪＩＳ−Ｋ７１０５（１９８１）にもとづき、ヘイズメーター（日本電色工業（株）製ＮＤＨ２０００）を用いて測定した。５サンプルのヘイズ値の平均値をフィルムヘイズとする。

（異物個数の測定方法）
得られたフィルムから幅方向に等間隔５カ所で１００ｍｍ×１００ｍｍ四方のフィルムサンプルを採取し、顕微鏡にてそれぞれのフィルムサンプルを観察し、長径が５０μｍ以上の異物個数を数える。５サンプルの異物個数の平均値をフィルムの異物個数とする。

（実施例１）
ガラス転移温度Ｔｇが７８℃、融点Ｔｍが２５５℃、固有粘度が０．６５ｄｌ／ｇであるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のペレットを、最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に供給し、原料供給量Ｑが１００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１３０ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出しシート状に成形した後、静電印加にて表面温度２５℃に保たれたキャスティングドラム上で急冷固化し未延伸フィルムとした。その後キャスティングフィルムを８５〜９８℃に加熱したロール群に導き長手方向に３．１倍縦延伸した。続いて縦延伸されたフィルムの両端をクリップで把持しながらテンター内に導き１３０℃に加熱された雰囲気中で長手に垂直な方向に３．６倍横延伸した。その後テンター内で２３０℃の熱固定を行い、均一に徐冷後、室温まで冷やして巻き取り、厚み１８８μｍの二軸延伸フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例２）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが２００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが２１０ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例３）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが２００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが２８１ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例４）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが３００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが２３０ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例５）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが３００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１６２ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例６）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが３００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１１０ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例７）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが５００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１５０ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例８）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが５００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが２７１ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例９）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが８００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１８０ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（実施例１０）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが８００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１５９ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表１に示す。

（比較例１）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが１００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが７６ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表２に示す。

（比較例２）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが１００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが３１５ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表２に示す。

（比較例３）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが２００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１２１ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表２に示す。

（比較例４）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが２００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが２９８ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表２に示す。

（比較例５）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが３００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１４７ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表２に示す。

（比較例６）
最外径Ｄが６５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが３００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが３０９ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表２に示す。

（比較例７）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが３００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが８７ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表３に示す。

（比較例８）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが３００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが３２１ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表３に示す。

（比較例９）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが５００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１１９ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表３に示す。

（比較例１０）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが５００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが３１９ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表３に示す。

（比較例１１）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが８００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが１５０ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表３に示す。

（比較例１２）
最外径Ｄが１０５ｍｍの二軸押出機に、原料供給量Ｑが８００ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数Ｎｓが２８９ｒｐｍの条件で二軸押出機から短管を通して、口金から吐出した以外は実施例１と同様に製膜して、フィルムを得た。得られたフィルムヘイズならびに異物個数の測定結果を表３に示す。

本発明を使用して製造した透明性が高く異物の少ない熱可塑性樹脂フィルムに関するものである。

１ 押出機のシリンダー
２ スクリュー
３ 原料供給口
４ 原料供給フィーダ
５ スクリュー最外径Ｄ

Claims (3)

1. 二軸押出機のスクリューの最外径をＤ（ｍｍ）、二軸押出機への原料供給量をＱ（ｋｇ／ｈ）、二軸押出機のスクリュー回転数をＮｓ（ｒｐｍ）とした際に、以下の式を満たすように、二軸押出機によって熱可塑性樹脂を押出すことを特徴とする、熱可塑性樹脂の押出方法。
   式：０．００３７×Ｑ−０．１×（Ｄ／１００）^２≦Ｑ／Ｎｓ≦０．００３７×Ｑ＋２．０×（Ｄ／１００）^２
2. 前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする、請求項１に記載の押出方法。
3. 請求項１又は２に記載の押出方法を用いた工程を有する、熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。

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