JP2019527829A - ポリマー多層および単層構造の溶融強度を測定するためのオンライン溶融張力システムおよび方法 - Google Patents

ポリマー多層および単層構造の溶融強度を測定するためのオンライン溶融張力システムおよび方法 Download PDF

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ショーン・パーキンソン
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ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー
ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー
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Abstract

本開示は、溶融強度を決定するための方法を含み、該方法は、溶融強度が1つ以上のポリマーを押し出して、ポリマーフィルム(104)を形成することと、ポリマーフィルム(104)に、力測定装置(154)に結合された測定ロール(130)の周りに少なくとも部分的に通過させ、測定ロール(130)の下流の冷却ロール(132)の周りを少なくとも部分的に通過させ、2つのニップロール(134)の間に画定されたニップ(160)を通過させることと、力測定装置(154)を使用して、ポリマーフィルム(104)によって測定ロール(130)に及ぼされた力を測定することと、を含む。ポリマーフィルム(104)は、測定ロール(130)に接触するときに、少なくとも部分的に溶融する。システム(100)は、押し出し機(102、202)と、1つ以上のロードセル(154)に結合された測定ロール(130)と、駆動モーターに結合された冷却ロール(132)と、冷却ロール(132)の下流の少なくとも2つのニップロール(134)と、ニップロール(134)の下流の巻き取りロール(166)とを含む。ロードセル(154)は、溶融したポリマーフィルム(104)によって測定ロール(130)に及ぼされた力を測定する。【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2016年7月29日に出願された欧州特許出願第EP16382377.6号に対する優先権を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、一般に、ポリマー構造の性質を測定することに関し、より具体的には、ポリマー多層および単層構造の溶融張力を測定するためのオンライン溶融張力装置、システム、ならびに方法に関する。
今日、鋳造または吹き込みポリマーフィルム処理における溶融したウェブの安定性は、溶融強度、伸長粘度、動的粘度、溶融弾性、および同類のもの等の、材料の性質に幅広く関連する。そのような性質は、潜在的に、溶融した単材料ウェブの実際の挙動をモデル化するために使用することができる。既存の溶融強度装置は、純ポリマーまたはブレンドポリマーとすることができる唯一の構成要素から生成されたストランドに関してこれらの性質を測定する。しかしながら、個々の材料の性質は、2つ以上の異なる材料を含むフィルム等の多層構造の挙動を予測またはモデル化するにはしばしば不十分であり、これは、今日のプラスチック産業界における最も一般的な状況である。
故に、実際の単層または多層フィルムの作製条件下での、多層構造におけるウェブ安定性および溶融強度の定量的かつ信頼性の高い測定値を提供することができる、改善された装置、システム、および方法に対する必要性が引き続き存在している。本開示の実施形態は、ポリマー多層および単層フィルムの溶融強度を測定するためのオンライン溶融張力システムおよび方法に関する。
1つ以上の実施形態によれば、ポリマーフィルムの溶融強度を決定するための方法が開示され、該方法は、1つ以上ポリマーを押し出して、ポリマーフィルムを形成することと、ポリマーフィルムを、力測定装置に結合された測定ロールの周りを少なくとも部分的に通過させ、測定ロールの下流の冷却ロールの周りを少なくとも部分的に通過させ、そして、冷却ロールの下流の2つのニップロールの間に画定されたニップを通過させることであって、ポリマーフィルムが、測定ロールに少なくとも部分的に接触するときに、部分的または完全に溶融したポリマーフィルムである、通過させることと、力測定装置を使用して、ポリマーフィルムによって測定ロールに及ぼされた力を測定することと、を含む。
別の実施形態によれば、ポリマーフィルムの溶融強度を決定するためのシステムは、1つ以上のポリマーを押し出して、溶融したポリマーフィルムを形成するように適合された押し出しダイを有する押し出し機を備えることができる。本システムは、押し出し機の下流に位置付けられた測定ロールを備えることができ、測定ロールは、そこに結合された1つ以上のロードセルを有し、1つ以上のロードセルは、溶融したポリマーフィルムによって測定ロールに及ぼされた力を測定する。本システムは、測定ロールの下流に位置付けられた冷却ロールであって、駆動機構に動作的に結合され、溶融したポリマーフィルムを冷却して、ポリマーフィルムを生成する、冷却ロールと、冷却ロールの下流に位置付けられた少なくとも2つのニップロールと、少なくとも2つのニップロールの下流に位置付けられた巻き取りロールと、をさらに備えることができる。本システムは、ポリマーフィルムが進行する経路を画定することができる。この経路は、ポリマーフィルムと、測定ロール、冷却ロール、少なくとも2つのニップロール、および巻き取りロールとを接触させることができる。
説明される実施形態の追加的な特徴および利点は、以下の発明を実施するための形態に記載され、その一部は、その説明から当業者に容易に明らかとなるか、または、以下の発明を実施するための形態、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含む、説明される実施形態を実践することにより認識されるであろう。
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと最良に理解することができ、これらの図面では、同様の構造が同様の参照番号で示される。
本開示の1つ以上の実施形態に従う、ポリマーフィルム構造の溶融強度を測定するためのシステムの概略図である。 本開示の1つ以上の実施形態に従う、ポリマーフィルム構造の溶融強度を測定するための別のシステムの概略図である。 本開示の1つ以上の実施形態に従う溶融張力システムおよび方法を使用して、低密度ポリエチレン(LDPE)の層および/または直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)の層を備える2層ポリマーフィルムの測定した溶融張力を示すグラフである。 本開示の1つ以上の実施形態に従う溶融張力システムおよび方法を使用して、LDPEおよびLLDPEのブレンド物を含む単層ポリマーフィルムの測定した溶融張力を示すグラフである。 本開示の1つ以上の実施形態に従う溶融張力システムおよび方法を使用して、LDPEの層およびLLDPEの層を備える2層ポリマーフィルムの測定した溶融張力を示すグラフである。 本開示の1つ以上の実施形態に従う溶融張力システムおよび方法を使用して、LDPEおよびLLDPEのブレンド物を含む単層ポリマーフィルムの測定した溶融張力を示すグラフである。
本開示の実施形態は、ポリマー多層および単層構造の溶融強度の信頼性の高い測定、およびウェブ安定性の決定を行うためのシステムおよび方法に関する。具体的には、本実施形態は、溶融張力システムに関し、該システムは、溶融したポリマーフィルムを押し出すように適合された押し出しダイを有する押し出し機と、押し出し機の下流に位置付けられた測定ロールと、測定ロールの下流に位置付けられた冷却ロールとを備えることができる。測定ロールは、溶融したポリマーフィルムによって測定ロールに及ぼされた力を測定することができる、1つ以上の力測定装置に結合することができる。溶融張力システムはまた、冷却ロールの下流に位置付けられた一対のニップロール、および一対のニップロールの下流の巻き取りロールも含むことができる。溶融張力システムは、多層ポリマーフィルム、および低密度ポリエチレン(LDPE)または直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)ポリマーフィルム等のポリマーフィルムの溶融強度を正確に測定することが可能であり得る。溶融張力システムおよび方法を使用して測定した溶融強度は、ポリマーフィルムの気泡安定性を定量化するために使用することができる。
本開示において使用するとき、用語、ポリマー「ブレンド物」は、それぞれ異なるポリマーの個々の分子が混合物中に他のポリマーの分子を点在させる、2つ以上の異なるタイプのポリマーの混合物を指す。
本開示において使用するとき、「単層」ポリマーフィルムは、単層を有するポリマーフィルムを指し、単層は、純ポリマーまたは2つ以上の異なるポリマーのポリマーブレンド物を含む。
本開示において使用するとき、「多層」ポリマーフィルムは、フィルムを形成するために一緒に同時押し出しされる2つ以上の異なるポリマー層を有するポリマーフィルムを指す。異なるポリマー層のそれぞれのポリマーは、1つ以上の他の層内のポリマーと同じであってもよく、他の層のそれぞれの他のポリマーと異なるポリマーであってもよく、またはブレンドポリマーであってもよい。
本開示において使用するとき、用語「垂直」は、地面に対して、概しておよび実質的に垂直な方向を指す。
本開示において使用するとき、用語「溶融温度」は、ポリマーが固体ポリマーから溶融したポリマーに、および/または溶融したポリマーから固体ポリマーに変化する温度または温度範囲を指す。
図1を参照すると、多層または単層フィルム等のポリマーフィルムの溶融強度を測定するためのシステムが例示され、本システムは、一般に、参照番号100によって識別される。システム100は、ポリマーを押し出してポリマーフィルム104を形成するように適合された押し出し機102と、押し出し機102からポリマーフィルム104を受容し、ポリマーフィルム104の1つ以上の性質を測定するように適合された溶融張力装置106とを含むことができる。
押し出し機102は、圧力機構108と、圧力機構108の出口112と流体連通している押し出しダイ110とを含むことができる。押し出し機102は、ペレット、顆粒、または他の固体構造の形態であり得る固体ポリマーを、圧力機構108を使用して、圧力、熱、または圧力および熱の組み合わせをポリマーに印加し、圧力機構108を使用して、溶融したポリマーを押し出しダイ110に導入または輸送し、そして、該押し出しダイを通過させることによって、溶融したポリマーに変形させるように動作することができる。圧力機構108は、単軸スクリュー押し出し機、2軸もしくは多軸スクリュー押し出し機、RAM押し出し機、または他の種類の押し出し機とすることができる。1つ以上の実施形態において、図1に示される非限定的な例のように、圧力機構108は、チャンバ116内で回転可能な1つ以上のスクリュー114を有するスクリュー押し出し機とすることができる。スクリュー114は、チャンバ116内で回転して、熱および圧力をポリマーに与えて、ポリマーを固体ペレットまたは顆粒から、完全に溶融したまたは部分的に溶融した状態に変形させることができる。スクリュー114または撹拌器の回転速度は、ポリマーに与えられる熱および圧力に影響を及ぼし得、これは、圧力機構108を出る溶融したポリマーの温度および流量に影響を及ぼし得る。1つ以上の実施形態において、押し出し機102はまた、ポリマー材料を圧力機構108の入口(図示せず)に送達するために、ホッパー(図示せず)も含むことができる。
押し出しダイ110は、圧力機構108の出口112に隣接して位置付けることができ、また、圧力機構108の出口112と流体連通している1つ以上の入口118を含むことができる。押し出しダイ110は、入口118を通して圧力機構108から溶融したポリマーを受容することができる。押し出しダイ110は、出口120を含むことができる。1つ以上の実施形態において、押し出しダイ110は、リップ122を有するスロットダイとすることができ、出口120は、リップ122に沿って位置付けられた細長い開口部またはスロットとすることができる。本開示において使用するとき、「細長いスロット」は、スロットの長さの20%未満である幅を有するスロットを指し、スロットの長さは、溶融張力装置106の縦方向に対して横方向の寸法に沿って測定される。細長いスロットは、溶融したポリマーを押し出して、ポリマーフィルム104を形成することができる。1つ以上の実施形態において、押し出しダイ110は、平坦なポリマーフィルムを押し出すように形成された、細長いスロットを有する。本開示において使用するとき、用語「ポリマーフィルム」は、最大3mmの厚さを有する連続ポリマー構造を指す。
押し出しダイ110のスロット(すなわち、出口120)は、0.1ミリメートル(mm)〜3mm、0.1mm〜2.5mm、0.1mm〜2mm、0.1mm〜1.5mm、0.1mm〜1mm、0.2mm〜3mm、0.2mm〜2.5mm、0.2mm〜2mm、0.2mm〜1.5mm、0.2mm〜1mm、0.4mm〜3mm、0.4mm〜2.5mm、0.4mm〜2mm、0.4mm〜1.5mm、または0.4mm〜1mmの幅を有することができる。
以下、図2を参照すると、溶融張力システム200は、多層ポリマーフィルム204を同時押し出しするように適合させることができる、押し出し機202を有する。押し出し機202は、2つ以上の圧力機構206、207と、細長いスロットであり得る複数の入口210および出口212を有する押し出しダイ208とを含むことができる。押し出しダイ208の各入口210は、圧力機構206のうちの1つの出口214に流体的に結合することができる。押し出しダイ208は、ポリマー材料の異なる層を1つにまとめて多層ポリマーフィルム204を同時押し出しする、押し出しダイ208内の複数のチャネル216を有する。
押し出しダイ110および208によって形成され、そこを出るポリマーフィルム104、204は、それぞれ、0.001mm〜3mm、0.001mm〜2.5mm、0.001mm〜1mm、0.001mm〜0.5mm、0.001mm〜0.1mm、0.005mm〜3mm、0.005mm〜2.5mm、0.005mm〜1mm、0.005〜0.5mm、0.005〜0.01mm、0.01mm〜3mm、0.01mm〜2.5mm、0.01mm〜1.0mm、0.01mm〜0.5mm、0.05mm〜3mm、0.05mm〜2.5mm、0.05mm〜1mm、0.1mm〜3mm、0.1mm〜2.5mm、0.1mm〜2mm、0.001mm〜0.005mm、0.005mm〜0.01mm、0.01mm〜0.05mm、0.05mm〜0.1mm、2.5mm〜3mm、1mm〜3mm、または1mm〜2.5mmの厚さを有することができる。1つ以上の実施形態において、ポリマーフィルム104、204は、0.01mm〜1.0mmの厚さを有することができる。
押し出し機102、202は、押し出し機の温度を所定の温度に維持するための温度制御システムを含むことができる。温度制御システムは、押し出し機102、202の内部の圧力および圧力機構108、206の毎分回転数を制御することによって、押し出し機102、202の温度を制御することができる。一実施形態において、温度制御システムは、押し出し機102、202を、摂氏50度(℃)〜400℃、50℃〜350℃、50℃〜300℃、50℃〜250℃、100℃〜400℃、100℃〜350℃、100℃〜300℃、100℃〜250℃、150℃〜400℃、150℃〜350℃、150℃〜300℃、150℃〜250℃、175℃〜400℃、175℃〜350℃、175℃〜300℃、175℃〜250℃、または175℃〜225℃の所定の温度に維持するように適合させることができる。押し出し機102、202の温度を制御することは、押し出しダイ110、208の出口120、212における溶融したポリマーフィルム104、204の温度を制御することになり得る。1つ以上の実施形態において、温度制御器は、押し出し機102、202を200℃の温度に維持することができ、これは、190℃の溶融したポリマーフィルム104、204の溶融温度をもたらすことができる。
押し出し機102、202は、毎時2キログラム(kg/時)〜30kg/時、2kg/時〜15kg/時、2kg/時〜10kg/時、2kg/時〜7kg/時、3kg/時〜30kg/時、3kg/時〜15kg/時、3kg/時〜10kg/時、または3kg/時〜7kg/時で、溶融したポリマーフィルム104、204を押し出すことができる。1つ以上の実施形態において、押し出し機102、202は、3kg/時〜7kg/時で、溶融したポリマーフィルム104、204を押し出すことができる。
図1を再度参照すると、溶融張力システム100の溶融張力装置106は、測定ロール130と、冷却ロール132と、少なくとも一対のニップロール134、136と、巻上器138とを含むことができる。冷却ロール132は、測定ロール130の下流に位置付けることができ、一対のニップロール134、136は、冷却ロール132の下流に位置付けることができ、巻上器138は、ニップロール134、136の下流に位置付けることができる。溶融張力装置106は、ポリマーフィルム104が進行する経路140を画定することができ、経路140は、ポリマーフィルム104を、測定ロール130、冷却ロール132、少なくとも2つのニップロール134、136、および巻上器138と少なくとも部分的に接触させることができる。
測定ロール130は、押し出し機102の押し出しダイ110の下流に直接位置付けることができる。測定ロール130は、軸方向端部142および外面144を有し、また、軸146を中心に自由に回転可能であり得る。測定ロール130は、測定ロール130が、溶融張力装置106によって画定された経路140を通って進行するポリマーフィルム104との接触に応じて自由に回転することを可能にするために、2つ以上のベアリング(図示せず)を含むことができる。測定ロール130の外面144は、略円筒とすることができ、溶融したポリマーフィルム104への外面144への接着を低減させるように改質することができる。外面144は、例えば、非限定的な一例がTeflon(登録商標)層であり得る、コーティングを塗布することによって改質することができる。外面144はまた、砂または研磨処理を外面144に適用することによって接着を低減させるように改質することもできる。
図1に示されるように、測定ロール130は、押し出しダイ110の下流に直接位置付けることができる。1つ以上の実施形態において、測定ロール130は、溶融したポリマーフィルム104が、押し出しダイ110の出口120から、溶融したポリマーフィルム104が測定ロール130に最初に接触する地点152まで、地面に対して、実質的に垂直方向下方への経路に沿って進行することができるように、押し出しダイ110の垂直方向下側に位置付けることができる。他の実施形態において、測定ロール130は、押し出しダイ110の出口120から縦方向に下方へ延在する線が測定ロール130の外面144に接することができるように位置付けることができる。他の実施形態において、測定ロール130は、溶融したポリマーフィルム104が押し出しダイ110の出口120から測定ロール130まで実質的に非垂直な経路をたどるように、押し出しダイ110の出口120を通過する垂直平面150から離隔することができる。
測定ロール130は、押し出しダイ110の出口120から溶融したポリマーフィルム104が最初に測定ロール130に接触する地点152まで測定した距離Dだけ、押し出しダイ110から離隔することができる。測定ロール130と押し出しダイ110との間の距離Dは、1mm〜400mm、1mm〜350mm、1mm〜300mm、1mm〜250mm、1mm〜200mm、50mm〜400mm、50mm〜350mm、50mm〜300mm、50mm〜250mm、50mm〜200mm、100mm〜400mm、100mm〜350mm、100mm〜300mm、100mm〜250mm、100mm〜200mm、200mm〜250mm、250mm〜300mm、300mm〜350mm、350mm〜400mm、または300mm〜400mmとすることができる。1つ以上の実施形態において、測定ロール130から押し出しダイ110までの距離Dは、300mm〜400mmとすることができる。1つ以上の実施形態において、測定ロール130から押し出しダイ110までの距離Dは、350mmとすることができる。
測定ロール130は、溶融したポリマーフィルム104によって測定ロール130に及ぼされた力Fを測定するための1つ以上の力測定装置154に結合することができる。1つ以上の実施形態において、力測定装置154は、ロードセルとすることができる。1つ以上の実施形態において、溶融張力装置106は、少なくとも2つの力測定装置154を含むことができ、測定ロール130の両端部142のそれぞれは、少なくとも2つの力測定装置154のうちの1つに結合することができる。力測定装置154は、0.05重量キログラム(kg)〜25kg、0.05kg〜20kg、0.05kg〜15kg、0.05kg〜10kg、0.1kg〜25kg、0.1kg〜20kg、0.1kg〜15kg、0.1kg〜10kg、1kg〜25kg、1kg〜20kg、1kg〜15kg、または1kg〜10kgの力を測定することが可能であり得る。力測定装置154は、力測定装置154を冷却するために、冷却空気または他の冷却流体を用いる冷却システム(図示せず)を含むことができ、これは、力測定装置154の過熱を防止することができる。
力測定装置(複数可)154は、測定ロール130に及ぼされた力Fを測定することができ、また、力Fを1つ以上の他の装置への通信のための電気信号に変換することができる。電気信号は、アナログ信号またはデジタル信号とすることができる。1つの実施形態において、力測定装置(複数可)154は、例えば、チャートレコーダ等のアナログレコーダ(図示せず)に結合することができ、これは、溶融張力システム100の動作中に溶融強度信号を記録するように適合される。力測定装置(複数可)154はまた、溶融張力システム100の動作中に測定した力を表示するためのアナログ表示装置に結合することもできる。力測定装置(複数可)154は、1つ以上の電子表示装置、プロセッサ、電子記憶媒体、または力測定装置(複数可)154によって測定した測定データのさらなる保持および/もしくは処理のための他のデジタル装置とも電子通信することができる。1つ以上の実施形態において、力測定装置(複数可)154は、力測定装置(複数可)154によって測定している現在の力Fを表示するデジタル表示装置を含むことができる。
図1を再度参照すると、冷却ロール132は、測定ロール130の下流に位置付けることができる。冷却ロール132は、略円筒の外面156と、冷却ロール132の外面156の表面温度を冷却温度に維持する冷却システム(図示せず)とを含むことができる。1つ以上の実施形態において、冷却ロール132は、冷却水を使用して、冷却ロール132の外面156に冷却を提供することができる。表面温度は、1℃〜40℃、1℃〜30℃、1℃〜25℃、1℃〜20℃、5℃〜40℃、5℃〜30℃、5℃〜25℃、5℃〜20℃、10℃〜40℃、10℃〜30℃、10℃〜25℃、10℃〜20℃、または15℃〜20℃の冷却温度に維持することができる。1つ以上の実施形態において、冷却ロール132の外面156の表面温度は、18℃に維持することができる。溶融張力装置106の経路140は、溶融したポリマーフィルム104を、測定ロール130の下流の冷却ロール132の外面156と少なくとも部分的に接触させることができる。冷却ロール132は、溶融したポリマーフィルム104と冷却ロール132の外面156との接触を通して、溶融ポリマーフィルム104に冷却を提供することができ、また、溶融したポリマーフィルム104を、少なくとも部分的または完全にポリマーフィルムに凝固させることができる。例えばポリマーフィルム104を冷却ロール132の周りに巻き付ける程度を増加させることによって、ポリマーフィルム104と冷却ロール132の外面156との接触表面積の量を増加または減少させることで、ポリマーフィルム104が冷却ロール132の周りを移動するときに冷却する量を増加または減少させることができる。
冷却ロール132は、例えば、冷却ロール132が駆動されるように、駆動モーター等の駆動機構157に動作的に結合することができる。駆動機構157は、冷却ロール132を、1メートル/分(m/分)〜20m/分、1m/分〜15m/分、1m/分〜10m/分、1m/分〜7m/分、2m/分〜20m/分、2m/分〜15m/分、2m/分〜10m/分、2m/分〜7m/分、3m/分〜20m/分、3m/分〜15m/分、3m/分〜10m/分、または3m/分〜7m/分の、ポリマーフィルムに等しい速度に維持することができる。1つ以上の実施形態において、駆動機構157は、冷却ロール132を、3.5m/分のポリマーフィルム速度に等しい冷却ロール速度に維持することができる。他の実施形態において、駆動機構157は、様々な速度で冷却ロール132を動作させるように適合させることができる。さらに他の実施形態において、駆動機構157は、プロセッサによって制御して、冷却ロール132に接触する溶融したポリマーフィルム104の速度に対する冷却ロール132の速度を、および/または押し出し機102からの溶融ポリマーフィルム104の押し出し量を動的に制御することができる。
一対のニップロール134、136は、冷却ロール132の下流に位置付けることができ、また、第1のニップロール134および第2のニップロール136を含むことができる。第1のニップロール134および第2のニップロール136は、互いに離隔して、第1のニップロール134の外面162と第2のニップロール136の外面164との間にニップ160を画定することができる。ポリマーフィルム104は、第1のニップロール134および第2のニップロール136によって画定されたニップ160を通って進行する。第1のニップロール134および第2のニップロール136は、駆動することができ、またはそれらのそれぞれの回転軸を中心に自由に回転可能であり得る。
巻上器138は、一対のニップロール134、136の下流に位置付けることができ、また、ポリマーフィルム104を巻き取りロール166に収集するように、またはそこに巻回するように動作することができる。巻上器138は、0.1m/分〜50m/分、0.1m/分〜30m/分、0.1m/分〜20m/分、0.1m/分〜10m/分、1m/分〜50m/分、1m/分〜30m/分、1m/分〜20m/分、1m/分〜10m/分、2m/分〜50m/分、2m/分〜30m/分、2m/分〜20m/分、2m/分〜10m/分、4m/分〜50m/分、4m/分〜30m/分、4m/分〜20m/分、または4m/分〜10m/分の速度でポリマーフィルム104を巻回するように適合させることができる。1つ以上の実施形態において、巻上器138は、冷却ロール132および/または押し出し機102の駆動機構157と統合して、ポリマーフィルム104が溶融張力装置106を通過する速度、および/または押し出し機102からの溶融したポリマーフィルム104の押し出し量に実質的に類似する速度で、ポリマーフィルム104を巻回することができる。
図2を参照すると、溶融張力装置106は、冷却ロール132の下流に位置付けられたウェブ張力調整装置168を任意選択で含むことができる。1つ以上の実施形態において、ウェブ張力調整装置168は、一対のニップロール134、136の下流に、かつ巻上器138の上流に位置付けることができる。ウェブ張力調整装置168は、接触表面170と、接触表面170に結合された付勢機構172とを含むことができる。付勢機構172は、接触表面170の位置を変化させて、ウェブ張力調整装置168に接触するポリマーフィルム104の張力を増加または減少させることができる。1つ以上の実施形態において、ウェブ張力調整装置168の接触表面170は、付勢機構172に結合される張力ロールの外面とすることができる。ウェブ張力調整装置168は、0.01kg〜3kg、0.01kg〜2kg、0.01kg〜1kg、0.01kg〜0.5kg、0.05kg〜3kg、0.05kg〜2kg、0.05kg〜1kg、0.05kg〜0.5kg、0.1kg〜3kg、0.1kg〜2kg、0.1kg〜1kg、0.1kg〜0.5kg、0.5kg〜3kg、0.5kg〜2kg、または0.5kg〜1kgの張力をポリマーフィルム104に付与することが可能であり得る。溶融張力装置106を通るポリマーフィルム104の経路140は、第1のニップロール134と第2のニップロール136との間に画定されたニップ160を出たポリマーフィルム104を、ウェブ張力調整装置168の接触表面170と接触させ、次いで、ウェブ張力調整装置168の下流に位置付けられた巻上器138の中へ移動させることができる。
溶融張力装置106はまた、押し出し機102、力測定装置154、冷却ロール132の駆動機構157、冷却ロール132の冷却システム、巻上器138、またはウェブ張力調整装置168、のうちの1つ以上に動作的に結合されたコントローラ(図示せず)を任意選択で含むこともできる。コントローラは、ポリマーフィルム104の押し出し量、冷却ロール132駆動機構157の速度、ウェブ張力調整装置168によって印加される張力、および巻上器138の速度を操作することによって、溶融張力装置106を通る経路140に沿った溶融したポリマーフィルム104の速度を制御するように適合させることができる。コントローラはまた、力測定装置154から力測定信号を受信し、1つ以上の動作を行うように適合させることもでき、該動作としては、力測定データを記憶媒体に記憶すること、力測定データを遠隔プロセッサに伝送すること、力測定データを使用して1つ以上の計算を行うこと、または他の動作を挙げることができる。
図1を参照すると、溶融張力システム100の動作中に、一般に固体ペレットまたは顆粒の形態であるポリマーを、押し出し機102のホッパー(図示せず)に加えることができ、また、圧力機構108に送給することができる。固体ポリマーペレットまたは顆粒に熱および圧力を印加することを通して、圧力機構108は、固体ポリマーペレットまたは顆粒を溶融したポリマーに変形させることができる。本開示において使用するとき、用語「溶融した」ポリマーは、ポリマーが流動可能であるが一定の容積を有する液体の形態である、ポリマーに関連する。圧力機構108は、溶融したポリマーを押し出しダイ110に導入することができて、該ダイの出口120は、スロットである。溶融したポリマーは、押し出しダイ110を通って流れ、押し出しダイ110の出口120から出ることができる。溶融したポリマーが押し出しダイ110から出るときに、溶融したポリマーは、押し出しダイ110の出口120のスロット形状と同じになり得る。出口120のスロット形状は、溶融したポリマーが押し出しダイ110を出るときに、ポリマーフィルム104を形成させることができる。押し出しダイ110は、ポリマーフィルム104の厚さを変化させるように調整することができる。1つ以上の実施形態において、押し出しダイ110は、多層ポリマーフィルムを同時押し出しするように適合させることができ、押し出しダイ110は、同時押し出しした多層フィルムの個々の層の厚さを変化させるように調整することができる。
押し出しダイ110を出ると、ポリマーフィルム104は、部分的または完全に溶融したポリマーになり得る。ポリマーフィルム104は、溶融張力装置106を通して画定された経路140を通して、手動で送給することができる。上で説明したように、経路140は、測定ロール130の周りに、部分的または完全に溶融したポリマーであるポリマーフィルム104を通すことから開始することができる。ポリマーフィルム104は、測定ロールに部分的または完全に接触することができる。次いで、依然として部分的または完全に溶融したポリマーであるポリマーフィルム104は、部分的または完全に冷却ロール132に巻き付けられる。ポリマーフィルム104は、押し出しダイ110の出口120から、測定ロール130の周り、および冷却ロール132への経路140の一部分において部分的または完全に溶融したポリマーであり得る。冷却ロール132は、ポリマーフィルム104が冷却ロール132の下流で部分的または完全に固体ポリマーになり得るように、ポリマーフィルム104に冷却を提供して、ポリマーフィルム104を部分的または完全に凝固させることができる。
この時点で部分的または完全に固体のポリマーフィルムであるポリマーフィルム104は、第1のニップロール134と第2のニップロール136との間に画定されたニップ160を通過させることができ、次いで、巻上器138の巻き取りロール166に収集することができる。任意選択で、図2に示されるように、ポリマーフィルム104は、張力をポリマーフィルム104に印加することができるウェブ張力調整装置168の接触表面170に接触することができる。
溶融張力システムを使用して、実際のフィルム作製条件の下で、溶融張力(すなわち、溶融強度)を測定し、単層および多層ポリマーフィルムのウェブ安定性を研究することができる。
ポリマーフィルムの溶融強度を決定するための方法は、ポリマーを押し出して、ポリマーフィルム104を形成することと、ポリマーフィルム104を、力測定装置154に結合された測定ロール130の周りを少なくとも部分的に通過させ、測定ロール130の下流に位置付けられた冷却ロール132の周りを少なくとも部分的に通過させ、そして、冷却ロール132の下流に位置付けられた2つのニップロール134、136の間に画定されたニップ160を通過させることとを含むことができる。ポリマーフィルム104は、少なくとも部分的に測定ロール130に接触するときに、部分的または完全に溶融したポリマーフィルムであり得る。ポリマーフィルム104の溶融強度を決定するための方法は、力測定装置154を使用して、ポリマーフィルム104によって測定ロール130に及ぼされた力を測定することをさらに含む。
1つ以上の実施形態において、ポリマーフィルム104は、多層ポリマーフィルムとすることができる。ポリマーフィルム104は、フラットフィルムに押し出すことができる任意のポリマーとすることができる。ポリマーフィルム104は、有機または生物高分子を含むことができる。ポリマーは、様々なC−C20オレフィン含有ポリマーを含むことができる。例えば、ポリマーは、ポリエチレンポリマーとすることができる。ポリマーフィルム104は、様々な程度の架橋結合を有する熱可塑性ポリマーまたはポリマーを含むことができる。
様々なポリマーが適切なものとして想定される。適切なポリマーの非限定的な例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、PVOH、ポリエステル、ポリアミド、PET、EVOH、PVC、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、シリコーンベースのポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド、天然および合成ゴム、ナイロン、エポキシ、ポリウレタン、またはこれらの組み合わせが挙げられる。ポリマーフィルム104は、例えば、タルク、炭酸カルシウム、着色剤、架橋剤、または他の添加剤等の、通常ポリマーフィルムで使用される任意の添加剤または充填材を含むことができる。
本明細書で使用するとき、「ポリエチレンポリマー」は、100重量%のエチレン−モノマー単位、すなわち、ホモポリマーで作製されたポリマー、または少なくとも50重量%のエチレン−モノマー単位およびコモノマーによって生成されたコポリマーを指す。これらのコモノマーとしては、アルファオレフィン、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。加えて、コモノマーは、エチレンアクリル酸(EAA)またはエチレンメチルアクリレート(EMA)等のポリマーを生成するために、アクリル酸またはアクリル酸誘導体を含むことができる。
様々なポリエチレンポリマーが適切なものとして想定される。例えば、限定を目的とするものではないが、ポリエチレンポリマーとしては、高密度ポリエチレン(HDPE)、高密度および高分子量ポリエチレン(HDPE−HMW)、高密度および超高分子量ポリエチレン(HDPE−UHMW)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(VLDPE)、および極低密度ポリエチレン(ULDPE)、またはこれらの混合物を挙げることができる。1つ以上の実施形態において、ポリマーフィルムは、LDPEを含むことができる。他の実施形態において、ポリマーフィルムは、LLDPEを含むことができる。
図1を再度参照すると、ポリマーフィルム104の溶融強度を決定するための方法は、ポリマーフィルムをニップ160の下流に位置付けられた巻上器に巻回することをさらに含むことができる。1つ以上の実施形態において、ポリマーフィルム104は、巻上器の巻き取りロール166に収集することができる。ポリマーフィルム104の溶融強度を決定するための方法は、冷却ロール132によってポリマーフィルム104を冷却することをさらに含むことができる。本方法は、冷却ロール132を、ポリマーフィルム104の溶融温度未満の温度に維持することをさらに含むことができる。本方法は、冷却ロール132の下流に位置付けられたウェブ張力調整装置168を使用して、張力をポリマーフィルム104に印加することをさらに含むことができる。
本方法はまた、ポリマーフィルム104を押し出すことと、ポリマーフィルム104が定常状態に到達するまで、ポリマーフィルム104を、測定ロール130の周りを通過させ、冷却ロール132の周りを通過させ、ニップ160を通過させることも含むことができる。測定ロール130に及ぼされる力Fは、ポリマーフィルム104が上記の定常状態である間に、力測定装置154によって測定される。本開示において使用するとき、「定常状態」は、ポリマーフィルム104の温度、ポリマーフィルム104の直線速度、押し出し量、ポリマーフィルム104の組成、および溶融張力システム100の他のプロセス変数を含む、全てのプロセス変数およびパラメータが安定していて、許容限度内に維持されている状態または期間を指す。1つ以上の実施形態において、本方法は、溶融張力システム100が定常状態に到達するまで、溶融張力システム100を動作させることを含むことができ、該定常状態において、溶融したポリマーフィルム104は、溶融張力システム100を通して、概して一貫した組成、ならびに概して一貫した押し出し量および直線速度を有する。溶融張力システム100が定常状態であるときに、溶融したポリマーフィルム104の溶融張力は、力測定装置から取得された力Fの示度または記録が定常状態での溶融したポリマーフィルム104の溶融張力を概して表すことができるように、一貫し、かつ安定し得る。
本方法はまた、押し出し機102をクリーニングすることも含むことができる。押し出し機102をクリーニングすることは、ウール繊維クロス等のクロスによって押し出しダイ110のリップ122をクリーニングすることと、クリーニング工具を使用してリップ122の内部から残留ポリマーを除去することとを含むことができる。押し出し機102をクリーニングすることはまた、例えば、LDPEペレットまたは他のポリマー等のクリーニングポリマーを押し出し機102のホッパーに充填することと、押し出し機102を始動することと、所定の期間にわたって押し出しダイ110から溶融したポリマーを出させることと、も含むことができる。圧力機構108の速度は、クリーニング中に増加させることができる。1つ以上の実施形態では、いかなる残留物も押し出しダイ110から出てくることが視認できなくなるまで、溶融したクリーニングポリマーを押し出しダイ110から排出することができる。
ポリマーフィルム104の溶融強度を決定する方法はまた、押し出しダイ110の出口120から垂直方向下方へ延在する垂直線が測定ロール130の外面144に接することができるように、測定ロール130を押し出しダイ110の垂直方向下側に位置付けることも含むことができる。押し出しダイ110から、ポリマーフィルム104が最初に測定ロール130に接触する地点152までの距離Dは、1mm〜400mmに調整することができる。本方法は、ポリマーフィルム104を、手動で、押し出しダイ110から、測定ロール130の周りに誘導し、冷却ロール132の周りに誘導し、ニップ160を通し、そして、巻上器138まで誘導することを含むことができる。
ポリマーフィルム104の溶融強度を決定する方法は、力測定装置154を較正することを含むことができる。力測定装置154を較正することは、溶融張力システム100および/またはポリマーフィルム104が定常状態に到達するまで溶融張力システム100を動作させることと、溶融張力システム100を停止させることと、測定ロール130からポリマーフィルム104を取り出すことと、力測定装置154のゼロ点調整を行うことと、ポリマーフィルム104を測定ロール130と再度接触させることと、溶融張力システム100を始動することと、溶融張力システム100および/またはポリマーフィルム104が定常状態に到達するまで溶融張力システム100を動作させることと、溶融張力システム100を停止させることと、測定ロール130からポリマーフィルム104を取り出すことと、力測定装置154によって表示される力値を観察することとを含む。力測定装置154によって表示される力値が、±20重量グラム(g)の標準偏差で0gに戻る場合、力測定装置154は、較正されているとみなすことができる。力測定装置154によって表示される力値が±20gの標準偏差でゼロに戻らない場合は、力測定装置154が較正されるまで較正ステップを繰り返すことができる。
ポリマーフィルム104の溶融強度を決定する方法は、溶融張力システム100を一定速度で動作させることをさらに含むことができる。1つ以上の実施形態において、ポリマーフィルム104の溶融強度を決定する方法は、様々な速度について、または溶融張力システム100の速度が徐々に増加する時間にわたって、測定ロール130に及ぼされた力Fを測定することを含むことができる。1つ以上の実施形態において、本方法は、溶融張力システム100を、溶融張力システム100および/またはポリマーフィルム104が定常状態を達成するまで一定速度で動作させ、次いで、溶融張力システム100の速度を徐々に高め、同時に、測定ロール130に及ぼされる力Fを記録することを含むことができる。
他の実施形態において、ポリマーフィルム104の溶融強度を決定する方法は、ポリマーフィルム104の溶融強度を測定するためのシステム100を提供することを含むことができる。システム100は、1つ以上のポリマーを押し出して、溶融したポリマーフィルム104を形成するように適合された押し出しダイ110を有する押し出し機102と、押し出し機102の下流に位置付けられた測定ロール130であって、そこに結合された1つ以上のロードセル154を有し、1つ以上のロードセル154が、溶融したポリマーフィルム104によって測定ロール130に及ぼされる力を測定する、測定ロール130と、測定ロール130の下流に位置付けられた冷却ロール132であって、冷却ロール132が、駆動機構157に動作的に結合され、溶融したポリマーフィルム104を冷却して、ポリマーフィルムを生成することができる、冷却ロール132と、冷却ロール132の下流に位置付けられた少なくとも2つのニップロール134、136と、少なくとも2つのニップロール134、136の下流に位置付けられた巻き取りロール166とを備えることができる。システム100は、ポリマーフィルム104が進行することができる経路140を画定することができる。経路140は、ポリマーフィルム104と、測定ロール130、冷却ロール132、少なくとも2つのニップロール134、136、および巻き取りロール166とを接触させることができる。
本方法は、溶融したポリマーフィルム104を押し出すことと、単層または多層を有する溶融したポリマーフィルム104を、押し出し機102から巻き取りロール166への経路140を通過させることと、溶融したポリマーフィルム104と測定ロール130との接触によって生じた、1つ以上のロードセル154に及ぼされる力Fを測定することとをさらに含むことができる。
本明細書に開示される溶融張力システムおよび方法は、押し出しコーティング、押し出し積層、同時押し出し、および他のフィルム形成プロセス等のような実際の工業条件の下で、単層および多層ポリマーフィルムの溶融張力を測定し、単層および多層ポリマーフィルムのウェブ安定性を研究するために使用することができる。溶融張力システムおよび方法はまた、単層および多層ポリマーフィルムで利用される異なるポリマーブレンド物の溶融張力を測定し、相乗効果を調査するために使用することもできる。溶融張力は、ポリマーの気泡安定性に関連し得る。ポリマーフィルムの気泡安定性の質的な観察は、ポリマーの出力能力を評価するために使用することができる。溶融張力システムおよび方法は、ポリマーフィルムを作製するために使用されるポリマーの気泡安定性を定量化する方式として溶融張力を測定するために使用することができる。溶融張力システムおよび方法は、連続的に押し出されるポリマーフィルムの溶融張力を連続的または周期的に測定するために使用することができ、連続的に押し出されるポリマーフィルムに関して測定される溶融張力は、連続的に押し出されるポリマーフィルムの溶融張力に関する1つ以上のプロセス変数、材料特性、具体的な特性またはポリマーフィルム組成の変化による影響を研究するために使用することができる。
例えばLLDPE等のいくつかのポリマーは、ポリマー鎖内であまり分岐し得ず、したがって、より大きい程度の分岐を有する他のポリマーよりも、弱い分子間力および低い抗張力を有し得る。これらのポリマーの減少した抗張力は、これらのポリマーの溶融張力を測定し、ウェブ安定性を研究する際に問題を生じさせる場合がある。特に、より低い抗張力のため、これらの低引張強度のポリマーは、既存の溶融強度測定装置によってポリマーに与えられる力に耐えることができない場合があり、また、十分な測定値を取得することができる前に、破損または失敗する傾向があり得る。本開示の溶融張力システムおよび方法は、溶融張力特性の測定を可能にすることができ、また、他のポリマーに加えて、これらの低引張強度のポリマーのウェブ安定性の研究を可能にすることができる。
以下の実施例は、溶融張力システムの機能、ポリマーブレンド物の相乗効果を評価するための溶融張力システムおよび方法の使用、溶融張力システムを使用してポリマーフィルムの溶融張力を測定する方法の再現性、ウェブ安定性を定量的に評価するための溶融張力システムおよび方法の使用を立証する。
溶融張力システムのセットアップおよび較正
以下の実施例のそれぞれについて、押し出し機、1つ以上のロードセルに結合された測定ロール、冷却ロール、一対のニップロール、ウェブ張力調整装置、および巻上器を含めた溶融張力システムを提供した。押し出し機は、少なくとも2つの圧力機構と、2層ポリマーフィルムに2つのポリマーを同時押し出しするように適合されたスロットダイを含めた。次いで、溶融張力システムを、以下の手順に従って較正した。
190℃の溶融温度を取得するために、押し出し機の温度プロファイルを200℃に設定した。冷却水を冷却ロールに接続し、冷却ロールの温度を18℃に設定した。押し出しダイの温度を安定させ、押し出しダイのダイ間隙開口部を0.8mmに調整した。ダイのリップをウール繊維クロスによってクリーニングし、銅または真鍮のクリーニング工具を使用してリップ内部からあらゆる残留ポリマーを除去した。押し出し機のホッパーに、The Dow Chemical Co.,Midland,MIによるDOW(商標)LDPE310E等のLDPEを充填して、押し出し機をクリーニングし、溶融張力システムを安定させた。
押し出し機を始動し、5分間にわたって溶融したポリマーを押し出しダイから出させた。圧力機構の速度は、10rpm〜20rpmまたは30rpmまで緩やかに高めた。さらに数分間にわたって、いかなる残留物も押し出しダイを出ることが視認できなくなるまで、溶融したポリマーを押し出しダイから出させた。押し出し機を停止させ、押し出しダイの出口から垂直方向下方へ延在する垂直線が測定ロールの外面に接するように、測定ロールを押し出しダイの垂直方向下側に位置付けた。押し出しダイから、ポリマーフィルムが最初に測定ロールに接触する地点までの距離は、350mmに調整し、測定ロールに結合されたロードセルに電線を結合した。
押し出し機を始動し、3kg/時〜4kg/時の生産速度に設定した。押し出しダイを適切な速度に調整した時点で、次いで、溶融したポリマーフィルムを、手動で、測定ロールの周りに誘導し、冷却ロールの周りに誘導し、一対のニップローラーの間に画定されたニップを通し、ウェブ張力調整装置と接触させ、そして、巻上器まで誘導した。冷却ロールの速度は、3.5m/分に設定し、ウェブ張力調整装置は、0.6kgの力に設定した。溶融張力システムを30分間動作させ、ポリマーフィルムを安定させた。
ポリマーフィルムが安定した時点で、測定ロールからポリマーフィルムを取り出し、溶融強度の表示を観察することによってロードセルを較正した。ポリマーフィルムを測定ロールから取り出したときに、溶融強度の表示が±20gの標準偏差でゼロに戻らなかった場合には、表示をゼロにリセットした。ポリマーフィルムを測定ロールに戻し、溶融張力システムを10分間にわたって再度動作させて、ポリマーフィルムを安定させ、溶融張力システムの定常状態に到達させた。ロードセルを再度チェックして、ポリマーフィルムを測定ローラーから取り外した状態で、±20gの最大偏差でインジケータがゼロに戻ることを確認した。
実施例1:同時押し出し構造の溶融強度の測定
以下の実施例1において、以前に説明した溶融張力システムを使用して、様々な同時押し出し2層ポリマーフィルムの溶融強度を測定した。
ロードセルを較正した後に、押し出し機の圧力機構の1つのホッパーに、DOW(商標)LDPE320Eを充填し、第2の圧力機構のホッパーに、The Dow Chemical Co.,Midland,MIによって供給されたLLDPEであるDOWLEX(商標)2103を充填した。次いで、試験する同時押し出し2層ポリマーフィルム構造の所望の組成を達成するように押し出しダイを調整した。LDPE層とLLDPE層との重量比、100:0、80:20、60:40、40:60、20:80、および0:100を試験した。試験する重量比ごとに、2層ポリマーフィルム構造の所望の組成を与えるように押し出しダイを調整した。組成ごとに、溶融張力システムを30分間動作させて、2層ポリマーフィルムを安定させた。押し出しパラメータをチェックして、それらが正しいことを確認し、およびロードセル表示装置からグラム−力(g)での溶融張力の値を記録した。
実施例1の同時押し出し2層LDPE/LLDPEポリマーフィルムのそれぞれについて測定した溶融張力302を図3に示す。図3には、実施例1の同時押し出し2層LDPE/LLDPEポリマーフィルムの組成ごとに計算した加重平均溶融張力304も含まれる。加重平均溶融張力は、ブレンド物の個々のポリマーごとに測定した溶融張力を乗算した重量パーセントの合計として計算した。続いて含まれる表1は、組成のそれぞれについて測定した溶融張力および計算した加重平均溶融張力、ならびに加重平均溶融張力と測定した溶融張力値との計算した差を提供する。
図3に示されるように、測定した溶融張力302は、同時押し出し2層ポリマーフィルムの組成の関数として直線的に変動する。理論に束縛されることを望むものではないが、個別の層に分離されるLLDPEおよびLDPE溶融樹脂の間にはいかなる相互作用も予期されないので、2層ポリマーフィルムの組成に対する溶融張力の直線相関が予期されると考えられる。表1に示されるように、計算した加重平均溶融張力304に対する測定した溶融張力302の誤差は、計算した加重平均溶融張力304の10%未満であり、これは、溶融張力システムの正確さが、ウェブ安定性を特徴付けるための許容可能な正確さであり得ることを示す。
実施例2:ポリマーブレンド物の相乗効果の調査
以下の実施例2において、溶融張力システムを使用して、LDPEおよびLLDPEの比率を変動させた複数のポリマーブレンド物のそれぞれについて、溶融張力を測定した。いくつかのポリマーブレンド物は、特に溶融張力において、それらが相加的であるという性質を示し、これは、ブレンド物の性質が個々のポリマーの性質の加重平均にほぼ等しく、その結果、性質とブレンド物中のポリマーの重量比とが概して直線関係になることを意味する。しかしながら、LDPEおよびLLDPEのブレンド物等のいくつかのポリマーブレンド物は、相乗効果を示すことが知られており、ポリマーブレンド物の溶融張力等の性質は、ポリマーの組み合わせによって高められる。相乗効果の結果、これらのブレンド物の性質は、直線状から大きく逸脱することが予期される。上で論じた溶融張力システムを使用して取得したLDPE/LLDPEポリマーブレンド物の様々な組成の測定した溶融張力を、溶融張力との間の計算した直線関係と比較して、LDPEおよびLLDPEをポリマーブレンド物に組み合わせることの相乗効果を識別した。
ロードセルを較正した後に、押し出し機の圧力機構の1つのホッパーに、The Dow Chemical Co.,Midland,MIからのダウ(商標)LDPE320を充填した。押し出しダイは、単層ポリマーフィルムを押し出すようにセットアップした。溶融張力システムおよびポリマーフィルムが定常状態条件を達成するまで、溶融張力システムを動作させ、溶融張力システムおよびポリマーフィルムが定常状態である間に溶融張力を測定した。LDPEの溶融張力を測定した時点で、80重量%のLDPEおよび20重量%のDOWLEX(商標)2103のポリマーブレンド物を圧力機構のホッパーに加えた。溶融張力システムおよびポリマーフィルムが定常状態に到達するまで、溶融張力システムを再度動作させて、溶融張力を測定した。上記のプロセスを、60:40、40:60、20:80、および0:100のLDPEとLLDPEとの重量比を有するポリマーブレンド物について繰り返した。実施例2のポリマーブレンド物の組成は、実施例1の同時押し出し多層ポリマーフィルムの全体的な組成と同じになるように選択された。組成ごとに、溶融張力システムおよびポリマーフィルムが定常状態に到達するまで、溶融張力システムを30分間動作させて、溶融張力システムを安定させた。押し出しパラメータをチェックして、それらが正しいことを確認し、およびロードセル表示装置からグラム−力(g)での溶融張力の値を記録した。
実施例2のLDPEおよびLLDPEのブレンド物を有する単層ポリマーフィルムのそれぞれについて測定した溶融張力402を図4に示す。図4には、単層ポリマーフィルムの組成ごとに計算した加重平均溶融張力404も含まれる。計算した加重平均溶融張力404は、溶融張力と組成との間に直線関係を示し、相乗効果の非存在下で予期されるブレンド物の溶融張力の評価を提供する。加重平均溶融張力は、ブレンド物の個々のポリマーごとに測定した溶融張力を乗算した重量パーセントの合計として計算した。続いて含まれる表2は、組成のそれぞれについて測定した溶融張力および計算した加重平均溶融張力、ならびに加重平均溶融張力と測定した溶融張力値との計算した差を提供する。
図4に示されるように、ポリマーブレンド物ごとの単層ポリマーフィルムの測定した溶融張力402は、組成と溶融張力との比例関係を仮定することによって導出される計算した加重平均溶融張力と大幅に異なる。表2に示されるように、100重量%のLLDPEを有する単層ポリマーフィルムについて測定した360gの溶融張力は、100重量%のLDPEおよび0重量%のLLDPEを有する単層ポリマーフィルムについて測定した830gの溶融張力の半分未満であった。組成と溶融張力との単純な直線関係の場合、80重量%のLDPEおよび20重量%のLLDPEを有する単層ポリマーフィルムは、80:20のLDPEとLLDPEとのブレンド物について推定される736gの加重平均溶融張力により近くなると予想される。しかしながら、図4に例示され、表2に示されるように、80:20のLLDPEとLDPEのとの単層ポリマーフィルムの960gの溶融張力は、ブレンド物について推定される加重平均溶融張力よりもかなり高い。
ポリマーブレンド物のそれぞれについて溶融張力システムによって測定した溶融張力は、ポリマーブレンド物においてLDPEとLLDPEとの間に生じる相乗効果の存在を示し得る。理論に束縛されることを望むものではないが、LDPEおよびLLDPEの分子が互いに相互作用すると考えられており、これは、ポリマーブレンド物の相乗作用の反応をもたらし得る。溶融張力システムおよび方法を使用して取得したデータによって示されるこの観察した相乗効果は、LDPEおよびLLDPEのブレンド物の既知の相乗的挙動と一致する。これらの結果は、溶融張力システムおよび方法が、工業環境において観察される傾向を裏付けるためにデータを再現する際に有効であり得ることを確認することができる。したがって、溶融張力システムを使用して、単層フィルムにおけるポリマーブレンド物の相乗効果を調査することができる。
実施例3:実施例1で観察した傾向の再現
以下の実施例3では、組成および構成が同一の試料を同じ溶融張力システムおよび方法を使用して調製し、試験して、システムを使用した結果の再現性を決定した。実施例3の試料は、実施例1および2と関連して上で説明したプロセスに従って、ダウ(商標)LDPE320およびDOWLEX(商標)2103から調製された。実施例3で使用したLDPEおよびLLDPEは、実施例1および2で使用した材料と異なる製造ロット番号のものであった。
実施例3の同時押し出し2層LDPE/LLDPEポリマーフィルムのそれぞれについて測定した溶融張力502を図5に示す。図5には、同時押し出し2層ポリマーフィルムについて計算した加重平均溶融張力504も含まれる。続いて含まれる表3は、組成のそれぞれについて測定した溶融張力および計算した加重平均溶融張力、ならびに加重平均溶融張力と測定した溶融張力との計算した差を提供する。
図5に示されるように、測定した溶融張力502は、同時押し出し2層ポリマーフィルムの組成の関数として直線的に変動する。同時押し出し2層ポリマーフィルムの組成と測定した溶融張力とのこの直線関係は、実施例1に見出される関係に類似する。表3に示されるように、測定した溶融張力502と計算した加重平均溶融張力504との差は、計算した加重平均溶融張力504の11%未満であり、これは、溶融張力システムの正確さが、ウェブ安定性を特徴付けるために許容可能であり得ることを示す。
実施例3のLDPEおよびLLDPEのブレンド物を有する単層ポリマーフィルムのそれぞれについて測定した溶融張力602を図6に示す。図6には、単層ポリマーフィルムの組成ごとに計算した加重平均溶融張力604も含まれる。計算した加重平均溶融張力604は、溶融張力と組成との間に直線関係を示し、相乗効果の非存在下で予期されるブレンド物の溶融張力の評価を提供する。加重平均溶融張力は、ブレンド物の個々のポリマーごとに測定した溶融張力を乗算した重量パーセントの合計として計算した。続いて含まれる表2は、組成のそれぞれについて測定した溶融張力602および計算した加重平均溶融張力604、ならびに加重平均溶融張力604と測定した溶融張力値602との計算した差を提供する。
実施例3のブレンドした単層ポリマーフィルムの溶融張力の結果は、実施例2で立証したLLDPEとLDPEポリマーとをブレンドする相乗効果を示す傾向を再現する。表4に示されるように、100重量%のLLDPEを有する単層ポリマーフィルムについて測定した336gの溶融張力は、100重量%のLDPEおよび0重量%のLLDPEを有する単層ポリマーフィルムについて測定した856gの溶融張力の半分未満であった。加重平均溶融張力604によって推定されるように、組成と溶融張力との間に直線関係を仮定する場合、80重量%のLDPEおよび20重量%のLLDPEを有する単層ポリマーフィルムは、752gの測定した溶融張力を有することが予想され、これは、100重量%のLDPEポリマーフィルムについて測定した856g溶融張力よりも少ない。しかしながら、図6に例示され、表4に示されるように、80:20のLDPEとLLDPEとの単層ポリマーフィルムについて測定した1055gの溶融張力は、80:20のLDPEとLLDPEとの単層ポリマーフィルムについて計算した加重平均溶融張力よりもかなり大きかった。
実施例3において単層ポリマーブレンド物のそれぞれについて溶融張力システムによって測定した溶融張力は、ポリマーブレンド物においてLDPEとLLDPEとの間に生じる相乗効果の存在を示す。このように、溶融張力システムおよび方法は、実施例2で取得したLDPEおよびLLDPEのポリマーブレンド物の相乗効果を立証する傾向を再現した。
本開示の全体を通して、溶融張力システム100の様々なパラメータおよび特性について範囲が提供される。1つ以上の明確な範囲が提供されたときには、あらゆる可能な組み合わせの明確なリストが禁止しない限り、個々の値および該値の間に形成される範囲も提供されることを意図する。例えば、1〜10の範囲ならば、1、2、3、4.2、および6.8等の個々の値、ならびに1〜8、2〜4、6〜9、および1.3〜5.6等の提供された境界内で形成され得る全ての範囲も含む。
この時点で、単層または多層ポリマーフィルムの溶融張力を決定する溶融張力システムおよび方法の様々な態様が説明され、そのような態様を様々な他の態様と併せて利用できることが理解されるはずである。また、当業者には、特許請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を説明される実施形態に行うことができることも理解されるはずである。したがって、そのような修正形態および変更形態が添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内に入る限り、本明細書は、説明される実施形態のそのような修正形態および変更形態を包含することを意図する。

Claims (16)

  1. ポリマーフィルムの溶融強度を決定するためのシステムであって、
    1つ以上のポリマーを押し出して、溶融したポリマーフィルムを形成するように適合された押し出しダイを有する押し出し機と、
    前記押し出し機の下流に位置付けられた測定ロールであって、前記測定ロールが、そこに結合された1つ以上のロードセルを有し、前記1つ以上のロードセルが、前記溶融したポリマーフィルムによって前記測定ロールに及ぼされた力を測定する、測定ロールと、
    前記測定ロールの下流に位置付けられた冷却ロールであって、駆動機構に動作的に結合され、前記溶融したポリマーフィルムを冷却して、前記ポリマーフィルムを生成する、冷却ロールと、
    前記冷却ロールの下流に位置付けられた少なくとも2つのニップロールと、
    前記少なくとも2つのニップロールの下流に位置付けられた巻き取りロールと、を備え、
    前記システムが、前記ポリマーフィルムが進行する経路を画定し、前記経路が、前記ポリマーフィルムと、前記測定ロール、前記冷却ロール、前記少なくとも2つのニップロール、および前記巻き取りロールと接触させる、ポリマーフィルムの溶融強度を決定するためのシステム。
  2. 前記押し出しダイが、多層ポリマーフィルムを同時押し出しするように適合されたスロットダイである、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記測定ロールが、前記溶融したポリマーフィルムへの前記測定ロールの接着を低減させるように改質された表面を有する、請求項1〜2のいずれかに記載のシステム。
  4. 前記少なくとも2つのニップロールの下流に位置付けられた張力調整装置をさらに備える、請求項1〜3のいずれかに記載のシステム。
  5. 前記経路が、前記押し出しダイのリップから、前記溶融したポリマーフィルムが前記測定ロールに最初に接触する地点まで垂直である、請求項1〜4のいずれかに記載のシステム。
  6. ポリマーフィルムの溶融強度を決定するための方法であって、前記方法が、
    請求項1〜5のいずれかに記載のシステムを提供することと、
    前記溶融したポリマーフィルムを押し出すことと、
    単層または多層を有する前記溶融したポリマーフィルムを、前記押し出し機から前記巻き取りロールへの前記経路を通過させることと、
    前記溶融したポリマーフィルムと前記測定ロールとの接触によって生じる、前記1つ以上のロードセルに及ぼされた力を測定することと、を含む、方法。
  7. ポリマーフィルムの溶融強度を決定するための方法であって、前記方法が、
    1つ以上のポリマーを押し出して、前記ポリマーフィルムを形成することと、
    前記ポリマーフィルムを、力測定装置に結合された測定ロールの周りを少なくとも部分的に通過させ、前記測定ロールの下流の冷却ロールの周りを少なくとも部分的に通過させ、そして、前記冷却ロールの下流の2つのニップロールの間の画定されたニップを通過させることであって、前記ポリマーフィルムが、前記測定ロールに少なくとも部分的に接触するときに、部分的または完全に溶融したポリマーフィルムである、通過させることと、
    前記力測定装置を使用して、前記ポリマーフィルムによって前記測定ロールに及ぼされた力を測定することと、を含む、方法。
  8. 前記ポリマーフィルムが、多層ポリマーフィルムである、請求項6および7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記ポリマーフィルムが、低密度ポリエチレンを含む、請求項6〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記ニップロールの下流に位置付けられた巻上器に前記ポリマーフィルムを巻回することをさらに含む、請求項6〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 前記冷却ロールによって前記ポリマーフィルムを冷却することをさらに含む、請求項6〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 前記冷却ロールを前記ポリマーフィルムの溶融温度未満の温度に維持することをさらに含む、請求項6〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 前記冷却ロールの下流に位置付けられた張力調整装置を使用して、張力を前記ポリマーフィルムに印加することをさらに含む、請求項6〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 前記力測定装置によって測定された前記溶融強度を記録することをさらに含む、請求項7〜13のいずれかに記載の方法。
  15. 前記ポリマーフィルムを押し出し、前記ポリマーフィルムが定常状態に到達するまで、前記ポリマーフィルムを、前記測定ロールの周りを通過させ、前記冷却ロールの周りを通過させ、そして、前記ニップを通過させることをさらに含み、前記ポリマーフィルムが前記定常状態である間に、前記測定ロールに及ぼされた前記力が、前記力測定装置によって測定される、請求項7〜14のいずれかに記載の方法。
  16. 前記ポリマーフィルムを連続的に押し出すことをさらに含む、請求項7〜15のいずれかに記載の方法。

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