JP2019171874A - 高分子多層フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも２つの異なる、別々の穿孔高分子フィルムを製造する方法を提供する。【解決手段】ニップ１３５の中へ少なくとも２つの高分子層１２０，１２１を押出成形し、高分子多層フィルム１１０を提供すること、ここで該ニップは、該高分子多層フィルムの第１の主平面を介してくぼみを付与する構造化された表面１３７を有する第１のロール１３６を含む、該高分子多層フィルムの概ね反対の第２の主表面に熱源１３９を付与しながら、該くぼみを有する該第１の主平面を冷却ロール１３８上を通過させること、ここで該熱源から熱を付与することにより、該高分子多層フィルムの該第１の主表面と該第２の主表面との間に延在する開口部の配列が形成される、及び該開口部の配列を有する該高分子多層フィルムの少なくとも該第１及び該第２の層を分離し、少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルムを提供すること、を含む、方法。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１３年３月１２日出願の米国特許仮出願第６１／７７７５３５号の利益を主張するものであり、当該開示は、全体として本明細書に参考として組み込まれている。

穿孔フィルムは、一般的に、皮膚に近い領域から吸収領域内へ流体を除去することを可能にする流体搬送フィルムを提供する個人衛生分野で使用されている。他の一般的な用途は、食品包装産業、より最近では吸音材においてである。これらの用途のための穿孔フィルムは、通常、１００マイクロメートル（０．００４インチ）未満の厚さ（より一般的には、５０マイクロメートル（０．００２インチ）未満の厚さ）であり、例えば、オレフィン、ポリプロピレン、又はポリエチレンから製造されている。

穿孔フィルムを生産するための一般的な処理方法として、多孔板又はロールへのフィルムの真空引き、フィルムを形成かつ穿刺するための加圧流体の使用、低温ニードル又は高温ニードルのいずれかを用いたニードルパンチング法、又はフィルムを融解して孔をあけるためのレーザー法が挙げられる。しかしながら、これらのプロセスは、孔サイズ、孔密度、及び／又はフィルムのフィルム厚などの処理制限を有する傾向がある。

穿孔フィルムの真空成形又は加圧流体成形は、フィルムを変形及び穿刺するために利用できる力により、比較的薄いフィルム（つまり、１００マイクロメートル厚未満のフィルム）に制限される傾向がある。また、この種の成形プロセスにおいて使用される材料は、オレフィン系ポリマーに制限される傾向がある。この種のプロセスの別の特徴は、フィルムにおいて突出部が生成されることであり、フィルムは、穿孔が生成されるまで伸長される。この突出部は、該突出部が方向流量制御機構として機能できる流体制御の場合に有利である。しかしながら、それはまた、圧力低下が小さいことを所望される用途において不利である場合がある。突出部が、細長い孔を生成することによって表面積が増大し、流体抵抗が増大する。

ニードルパンチングプロセスはまた、比較的薄いフィルムのために使用されることが多いが、最大約２５４マイクロメートル（０．０１０インチ）のフィルム厚の場合も時々ある。このプロセスに関する制限事項として、単位面積あたりの穿孔径及びフィルムにおける突出部が挙げられる。

レーザー穿孔プロセスは、比較的小さい孔（つまり、５０マイクロメートル未満）を提供でき、広範囲の厚さに穿孔可能であり、フィルム表面と均一な穿孔を生成することができる（すなわち、例えば、ニードルパンチングプロセスに伴う突起部がない）。レーザー穿孔プロセスの制限事項として、プロセスに好適な材料の種類並びに処理速度及び処理費用が挙げられる。レーザー穿孔プロセスは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製、ポリカーボネート（ＰＣ）製、又は他の高ガラス転移温度材料製のフィルムを処理するのに最も適している傾向がある。レーザーは、例えば、オレフィン系材料を穿孔する際には多くの場合あまり効果的ではない。

一態様では、本開示は、少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルムを製造する方法を記載するものであり、該方法は、
ニップの中へ少なくとも２つ（一部の実施形態で、少なくとも３つ、４つ、５つ、又はそれ以上）の高分子層を押出成形し、高分子多層フィルムを提供すること、ここで該ニップは、該高分子多層フィルムの第１の主平面（すなわち、くぼみを除く比較的平坦な表面の主表面）を介してくぼみを付与する構造化された表面を有する第１のロールを含む、
該高分子多層フィルムの概ね反対の第２の主表面に熱源を付与しながら、該くぼみを有する該第１の主平面を冷却ロール上を通過させること、ここで該熱源から熱を付与することにより、該高分子多層フィルムの該第１の主表面と該第２の主表面との間に延在する開口部の配列が形成される、及び
該開口部の配列を有する該高分子多層フィルムの少なくとも該第１及び該第２の層を分離し、少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルムを提供すること、を含む、方法である。

本明細書に記載の高分子多層フィルムの実施形態は、例えば、濾過及び吸音に有用である。

例示的な高分子フィルムを製造するための例示的な方法の概略図である。 例示的な高分子フィルムを製造するための例示的な方法の概略図である。 例示的な高分子フィルムを製造するための例示的な方法の概略図である。 例示的な高分子フィルムを製造するための例示的な方法の概略図である。 例示的な高分子フィルムを製造するための別の例示的な方法の概略図である。 例示的な高分子フィルムを製造するための別の例示的な方法の概略図である。 例示的な高分子フィルムを製造するための別の例示的な方法の概略図である。 例示的な高分子フィルムを製造するための別の例示的な方法の概略図である。 例示的な高分子フィルムを製造するための別の例示的な方法の概略図である。

図１を参照すると、少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルム１４０、１４１を製造するための例示的な方法の概略図が示されている。少なくとも２つの高分子層１２０、１２１は、高分子多層フィルム１１０を提供するために、ニップ１３５の中へ押出成形される。ニップ１３５は、構造化された表面１３７を有する第１のロール１３６を含み、構造化された表面１３７は、高分子多層フィルム１１０の第１の主平面１１１を介してくぼみ１１３を付与する。高分子多層フィルム１１０の概ね反対の第２の主表面１１２に１３９の熱源を付与しながら、くぼみ１１３を有する第１の主平面１１１は、冷却ロール１３８上を通過する。熱源１３９からの熱の付与により、高分子多層フィルム１１０の第１の主表面１１１と第２の主表面１１２との間に延在する開口部の配列１２３が形成される。少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルム１４０、１４１を提供するために、高分子多層フィルム１１０の少なくとも第１及び第２の層１２０、１２１は、開口部の配列１２３を有する。

本明細書に記載の多層フィルムを製造するための好適な押出成形装置（装置の構成要素を製造するための材料を含む）は、作動例を含め、本開示を検討後に当業者に明らかであるべきである。例えば、ロール（例えば、１３４、１３６、１３８、２３４、２３６，２３８）は、鋼などの金属製であってもよい。一部の実施形態で、（複数種類の）高分子材料を含有するロールの表面は、クロムめっき、ニッケルめっき、銅めっき、又はアルミニウムである。ロールは、例えば、水冷などの従来技術を使用して冷却することができる。ニップ圧は、例えば、空圧シリンダによって提供され得る。

例示的な押出速度として、３〜１５ｍ／ｍｉｎ（一部の実施形態で、１５〜５０ｍ／ｍｉｎ、５０〜１００ｍ／ｍｉｎ、又はそれ以上の範囲）が挙げられる。例示的な押出温度は、２００℃〜２３０℃（一部の実施形態で２３０℃〜２６０℃、２６０〜３００℃、又はそれ以上）の範囲である。

多層高分子フィルムは、一般的に、ポリオレフィン、ポリエチレン、及びポリプロピレンを含む。

高分子多層フィルムを製造するための例示的な高分子材料として、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、コポリエステル類（ＰＥＴｇ）、セルロースアセトブチレート（ＣＡＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリオレフィン、ポリエチレン、及びポリスチレン（ＰＳ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、及びポリプロピレンが挙げられる。好適なポリプロピレン材料として、ブロックコポリマー、インパクトコポリマー、及びランダムコポリマーなどの変性ポリプロピレン及びホモポリプロピレンが挙げられる。

任意選択的に、本明細書に記載の物品を含む任意の高分子材料は、無機充填剤、顔料、スリップ剤、及び難燃剤などの添加剤を含んでもよい。

本明細書に記載されている高分子多層フィルムの一部の実施形態では、厚さは、１２５マイクロメートル超、１５０マイクロメートル超、２００マイクロメートル超、２５０マイクロメートル超、５００マイクロメートル超、７５０マイクロメートル超、１０００マイクロメートル超、１５００マイクロメートル超、２０００マイクロメートル超、又は更には少なくとも２５００マイクロメートル、一部の実施形態では、１２５マイクロメートル〜１５００マイクロメートル、又は更には１２５マイクロメートル〜２５００マイクロメートルの範囲である。

開口部は、円形及び楕円形を含む、任意の種々の形状であってもよい。

本明細書に記載されている高分子多層フィルムの一部の実施形態では、少なくとも３０開口部／ｃｍ^２（一部の実施形態では、少なくとも１００開口部／ｃｍ^２、２００開口部／ｃｍ^２、２５０開口部／ｃｍ^２、３００開口部／ｃｍ^２、４００開口部／ｃｍ^２、５００開口部／ｃｍ^２、６００開口部／ｃｍ^２、７００開口部／ｃｍ^２、７５０開口部／ｃｍ^２、８００開口部／ｃｍ^２、９００開口部／ｃｍ^２、１０００開口部／ｃｍ^２、２０００開口部／ｃｍ^２、３０００開口部／ｃｍ^２、又は更には最小４０００開口部／ｃｍ^２、一部の実施形態では、３０開口部／ｃｍ^２〜２００開口部／ｃｍ^２、２００開口部／ｃｍ^２〜５００開口部／ｃｍ^２、又は更には５００開口部／ｃｍ^２〜４０００開口部／ｃｍ^２）を有する。

本明細書に記載の高分子多層フィルムの実施形態は、例えば、濾過及び吸音に有用である。

例示的な実施形態
１．少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルムを製造する方法であって、該方法は、
ニップの中へ少なくとも２つの高分子層を押出成形し、高分子多層フィルムを提供すること、ここで該ニップは、該高分子多層フィルムの第１の主平面を介してくぼみを付与する構造化された表面を有する第１のロールを含む、
該高分子多層フィルムの概ね反対の第２の主表面に熱源を付与しながら、該くぼみを有する該第１の主平面を冷却ロール上を通過させること、ここで該熱源から熱を付与することにより、該高分子多層フィルムの該第１の主表面と該第２の主表面との間に延在する開口部の配列が形成される、及び、
該開口部の配列を有する該高分子多層フィルムの少なくとも該第１及び該第２の層を分離し、少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルムを提供すること、を含む、方法。
２．前記第１の層は、１２５マイクロメートル以下（一部の実施形態では、１００マイクロメートル以下、７５又は更には５０マイクロメートル以下、一部の実施形態では、２５マイクロメートル〜１２５マイクロメートル、２５マイクロメートル〜１００マイクロメートル、又は更には２５マイクロメートル〜７５マイクロメートルの範囲）の厚さを有する、例示的な実施形態１に記載の方法。
３．第２の層は、１２５マイクロメートル以下（一部の実施形態では、１００マイクロメートル以下、７５又は更には５０マイクロメートル以下、一部の実施形態では、２５マイクロメートル〜１２５マイクロメートル、２５マイクロメートル〜１００マイクロメートル、又は更には２５マイクロメートル〜７５マイクロメートルの範囲）の厚さを有する、例示的な実施形態１又は２のいずれかに記載の方法。
４．前記高分子多層フィルムは、少なくとも３０開口部／ｃｍ^２（一部の実施形態では、少なくとも１００開口部／ｃｍ^２、２００開口部／ｃｍ^２、２５０開口部／ｃｍ^２、３００開口部／ｃｍ^２、４００開口部／ｃｍ^２、５００開口部／ｃｍ^２、６００開口部／ｃｍ^２、７００開口部／ｃｍ^２、７５０開口部／ｃｍ^２、８００開口部／ｃｍ^２、９００開口部／ｃｍ^２、１０００開口部／ｃｍ^２、２０００開口部／ｃｍ^２、３０００開口部／ｃｍ^２、又は更には最小４０００開口部／ｃｍ^２、一部の実施形態では、３０開口部／ｃｍ^２〜２００開口部／ｃｍ^２、２００開口部／ｃｍ^２〜５００開口部／ｃｍ^２、又は更には５００開口部／ｃｍ^２〜４０００開口部／ｃｍ^２の範囲）を有する、例示的な実施形態１〜３のいずれか１つに記載の方法。

本発明の利点及び実施形態を、以下の実施例によって更に例示するが、これらの実施例において列挙される特定の材料、及びその量並びに他の諸条件及び詳細によって、本発明を不当に制限するものではないと解釈すべきである。すべての部及び比率（パーセンテージ）は、別途記載のない限り重量に基づくものである。

（実施例１）
穿孔多層高分子フィルムは、以下の手順を用いて調製された。Ａ層、Ｂ層、及びＣ層からなる３層の高分子フィルム（ＡＢＣ）は、幅２５ｃｍの３層のマルチマニホールドダイ（Ｃｌｏｅｒｅｎ Ｉｎｃ．（Ｏｒａｎｇｅ，ＴＸ）製、商品名「ＣＬＯＥＲＥＮ」で入手）を供給する３台の押出成形機を用いて調製された。押出プロセスは、ツールロール（２３６）とスムーススチールバックアップロール（２３４）からなるニップ内へ垂直下方に行われた。押出プロセスは、図２に概略的に示されるように、Ａ層がツールロール（２３６）と接触し、Ｃ層がバックアップロール（２３４）と接触するように構成された。Ａ層用のポリマーは、６．３５ｃｍの単軸押出機で提供された。Ｂ層用のポリマーは、６．３５ｃｍの単軸押出機で提供された。Ｃ層用のポリマーは、３．２ｃｍの単軸押出機で提供された。３つの押出成形機についての加熱領域の温度が以下の表１に示されている。

押出機の毎分回転数（rpm）は、以下の表２に列記されている。

Ａ層（２１１）及びＣ層（２１３）は、低密度ポリエチレン樹脂（メルトフローレートが５５、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）製、商品名「ＤＯＷ９５９Ｓ」で入手）を用いて押出成形した。Ａ層（２１１）及びＣ層（２１３）の坪量はそれぞれ、８１ｇ／ｍ^２及び５２ｇ／ｍ^２であった。Ｂ層（２１２）は、ポリプロピレン／ポリエチレンインパクトコポリマー（メルトフローレートが３５、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製、商品名「ＤＯＷ Ｃ７００ ３５Ｎ」で入手）を用いて押出成形した。Ｂ層（２１２）の坪量は、６４ｇ／ｍ^２であった。

ニップを含む２つのロールは、公称直径３０．５ｃｍと歯幅４０．６ｃｍの水冷式ロール（２３４、２３６）であった。ニップ圧は、空圧シリンダによって供給された。スムーススチールバックアップロール（２３４）の温度は、２１℃に設定した。ツールロール（２３６）は、ロールの表面を溝切りした雄型ポストの形成部（２３７）を有していた。雄型ポストの形成部は、クロムめっきされていた。ツール面上の（ポストとして画定された）雄型形成部（２３７）は、正方形のベース部を持つピラミッド型で上部は平坦な正方形であった。ポストの上部は、９４マイクロメートルの正方形であり、ベース部は５００マイクロメートルの正方形であった。ポストの全高は、９１４マイクロメートルであった。ポストの中心間距離は、半径方向とクロスロール方向の両方において８２０マイクロメートルであった。ツールロール（２３６）の温度は、３８℃に設定した。ツールロール（２３６）とバックアップロール（２３４）とは、直接的に駆動された。２つのニップロール間のニップ圧は、直線上の部分１センチメートル当たり５３１ニュートンであった。押出物の引取ライン速度は、３．０ｍ／ｍｉｎであった。

３層用のポリマー類は、ダイ（２３０）からツールロール（２３６）とバックアップロール（２３４）との間のニップ（２３５）内へ直接的に押出成形された。ツールロール（２３６）上の雄型形成部（２３７）で、押出物にくぼみ（２１４）を生成した。ポリマーの薄層（２１５）は、ツールロール（２３６）とバックアップロール（２３４）との間に残った。一般に、この層（２１５）は、２０マイクロメートル厚未満であった。押出物をツールロール（２３６）上に１８０℃巻いた状態で維持し、押出物を多層高分子フィルムへ冷却及び固化した。その後、多層フィルムは、ロール状に巻き取られた。

その後、くぼみを含有する多層高分子フィルムは、以下のように穿孔フィルムになった。その開示が参考として本明細書に組み込まれている米国特許第７，０３７，１００号（Ｓｔｒｏｂｅｌら）に記載されている火炎穿孔（flame perforation）システムは、その開示が参考として本明細書に組み込まれている米国特許第７，６３５，２６４号（Ｓｔｒｏｂｅｌら）からのバーナーの設計を利用し、薄層（２１５）を融解及び除去するために使用された。

この実験における機器に対する特定の改良及びプロセス条件は以下の通りであった。
冷却ロール（２３８）は、エッチング又は彫刻パターンがない平滑な表面のロールであった。
Ｆｌｙｎｎ Ｂｕｒｎｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｎｅｗ Ｒｏｃｈｅｌｌｅ，ＮＹ）より入手した、バーナー（２３１）は、３０．５センチメートル（１２インチ）の６ポートバーナーであり、米国特許第７，６３５，２６４号（Ｓｔｒｏｂｅｌら）に記載されているようにアンチハウリング設計で、その開示は参考として本明細書に組み込まれている。
巻出し張力：１７８ニュートン合計張力
巻上げ張力：１７８ニュートン合計張力
バーナー（２３１）英熱量５１１８ＢＴＵ／ｃｍ／時間（１５００Ｗ／ｃｍ／時間）
１％の過剰酸素
バーナー（２３１）とフィルム表面との間の空隙：１２ｍｍ
ライン速度：３０メートル／分
冷却ロール（２３８）冷却水設定値：１５．５℃

上記の条件で図２Ａに概略的に示される装置を介して多層高分子フィルムを処理した。ウェブの向きは、薄いポリマー層（２１５）を有するフィルム（２１０）の側がバーナー（２３１）に最も近くにあり、冷却ロール（２３８）の反対になるようにした。冷却ロール（２３８）は、ポリマーの軟化点以下にフィルムの大部分を保持しながら、フィルムの本体を冷却した。バーナーの炎（２３９）からの熱で残留している薄いポリマー層（２１５）を融解することで、フィルムに穿孔（２１６）が生成された。Ａ層、Ｂ層、及びＣ層は互いに分離し、個別に別々のロールに巻き取られた。

本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、本開示の予測可能な修正及び変更が当業者には自明であろう。本発明は、説明を目的とし、本出願に記載される実施形態に限定されるべきものではない。

Claims (4)

1. 少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルムを製造する方法であって、該方法は、
   ニップの中へ少なくとも２つの高分子層を押出成形し、高分子多層フィルムを提供すること、ここで該ニップは、該高分子多層フィルムの第１の主平面を介してくぼみを付与する構造化された表面を有する第１のロールを含む、
   該高分子多層フィルムの概ね反対の第２の主表面に熱源を付与しながら、該くぼみを有する該第１の主平面を冷却ロール上を通過させること、ここで該熱源から熱を付与することにより、該高分子多層フィルムの該第１の主表面と該第２の主表面との間に延在する開口部の配列が形成される、及び、
   該開口部の配列を有する該高分子多層フィルムの少なくとも該第１及び該第２の層を分離し、少なくとも２つの異なる、別々の高分子フィルムを提供すること、を含む、方法。
2. 前記第１の層は、１２５マイクロメートル以下の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の層は、１２５マイクロメートル以下の厚さを有する、請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記高分子多層フィルムが少なくとも３０開口部／ｃｍ^２を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

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