JP3407898B2 - 透明フィルム成形方法 - Google Patents

透明フィルム成形方法

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JP3407898B2 JP8603192A JP8603192A JP3407898B2 JP 3407898 B2 JP3407898 B2 JP 3407898B2 JP 8603192 A JP8603192 A JP 8603192A JP 8603192 A JP8603192 A JP 8603192A JP 3407898 B2 JP3407898 B2 JP 3407898B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高密度ポリエチレン(H
DPE)を使用して、非常に透明性が優れ、かつヤング
率やインパクト強度が大きいフィルムを高速度(30m
/min以上)で生産性良く製造するインフレーション
成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来HDPEフィルムは、樹脂の結晶性
の良さに起因する腰の強さ(高ヤング率)を有してい
て、紙に近い特性がある。特に近年加工性を改良した高
分子量のHDPEをインフレーションフィルムに使用し
たいわゆるバランスフィルムが開発され、インパクト強
度が著しく向上してショッピングバッグやごみ袋等広範
囲の分野に利用されている。一方、このようにして作ら
れたフィルムはHDPEの特徴である高結晶性のためフ
ィルムの表面がミクロに荒れているため、可視光線が表
面で乱反射されたりして半透明な白いフィルムとなり光
学的なヘーズ値においても、例えば20μmフィルムで
も50%以上となり、内容物の見える透明なフィルムは
得られなかった。特にこのような高分子量のHDPEは
押出加工性を改良するために樹脂の分子量分布を著しく
広くしたタイプのものが使用されているため透明度を高
くすることは困難である。
【0003】一方、透明性を少しでも向上させようとい
う試みがHDPEフィルムにおいても続けられている。
【0004】例えば、インフレーションフィルム成形方
法において、膨張直後の溶融バブルを急冷させて小さな
結晶にすることにより透明性の改良が行われていた。し
かし、もともと結晶性の良好なHDPEを水で急冷する
にしても均一な冷却が困難で、厚みムラやチューブのタ
ルミ、ゆがみ、フィルムのカーリング等の問題点が種々
発生して実用化に至っていない。
【0005】また、樹脂面からの検討においてもHDP
Eに低密度ポリエチレン(LDPE)をブレンドして結
晶性を低下させる方法、HDPEの分子量分布の狭い樹
脂を使用する方法、あるいはこのHDPEにLDPE等
をブレンドすることにより透明性を向上させる試みがな
され、ヘーズが8〜10%レベルのものが得られてい
た。
【0006】しかし分子量分布の狭い樹脂は押出加工性
が著しく低いため、分子量の大きい樹脂の使用ができ
ず、加工性を配慮するとメルトフローレート([JIS
K7210、表1の条件4]以下MFRという。)が
0.5〜2.0g/10分程度の樹脂になり、このレベ
ルでは得られたフィルムの衝撃強度は低いものに限られ
るため用途的に狭いものになってしまう問題があった。
【0007】逆に分子量分布が狭いままで分子量を大き
く、例えばMFRを0.4以下に下げるとダイスからで
た溶融状態のバブルの表面にメルトフラクチャーが発生
し、得られたフィルムの表面の肌荒れのため、逆に透明
性が著しく悪化してしまった。
【0008】これは溶融樹脂がダイスのスリットからで
た直後に樹脂の特有の溶融弾性に基づく性質によりスリ
ットの間隔(リップ・ギャップ)より大きく膨張する現
象が発生し、溶融状態のバブルの表面を荒くする作用が
あり、このため透明性を悪化させる大きな要因となって
いる。この現象を改善するためにダイスのリップ・ギャ
ップを広くする方法が行われているが、この方法でも若
干の改良は見られるが、ヘーズ5%以下の満足すべきレ
ベルには達しない。
【0009】このようなとき、一般にダイスのリップギ
ャップだけでなく、成形温度を高温(例えば220〜2
50℃)にすることにより、HDPEの溶融粘度が小さ
くなり、溶融膜の表面が平滑となるため、かつ急冷効果
も影響してフィルムの透明性を向上させることができ
る。しかし樹脂の温度をこのように高温にすることによ
り、HDPE樹脂が熱で劣化して強度が低下するのみな
らず、分子量分布の狭いHDPEのインフレーション成
形時溶融粘度が著しく小さくなるため、バブルが不安定
となってフィルム成形が不可能となってしまう等透明度
の高い高弾性率、高衝撃強度を有するフィルムの製造は
工業化されていなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
克服し、非常に高透明、強度面にも優れ、かつ高生産性
のHDPEフィルムを得るインフレーションフィルム成
形方法の開発を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、密度が0.9
30g/cm3を越えるポリエチレン樹脂の押出インフ
レーション成形において、スリットを有するダイスより
押し出された溶融ポリエチレン樹脂バブルを、ダイスの
前方に取りつけた内部安定体に接触して安定化させ、
時に溶融ポリエチレン樹脂バブルの接触箇所の外側に取
りつけた外部加熱装置により急激に膨張する以前の段階
の溶融ポリエチレン樹脂バブルの表面を加熱し、その後
溶融ポリエチレン樹脂バブル内の内圧によりバブルの直
径をダイス口径の2.0倍以上に膨張させながら冷却、
固化させることを特徴とする透明フィルム成形方法を開
発することにより上記の目的を達成した。
【0012】即ち、本発明の対象とする密度が0.93
0g/cm3 を越えるポリエチレン樹脂としては、エチ
レン単独あるいはエチレンに少量の他の炭素数4〜12
のα−オレフィンとの共重合体であって、いわゆる低圧
法あるいは中圧法と称される重合法により得られる密度
が0.930g/cm3 を越えるポリエチレン樹脂、特
に密度が0.945g/cm3 以上の高密度ポリエチレ
ン樹脂が好ましい。また、従来の高圧法LDPEとのブ
レンド物であっても密度がこの範囲に入るものであれば
良い。
【0013】MFRとしてはJIS K−7210の表
1、条件4による測定で0.01〜5.0g/10分の
ものが適している。一般にMFR値の小さい樹脂より得
られるフィルムはインパクト強度が高くなるが成形性が
低下する。一方、MFRが5.0g/10分を越える場
合には加工性は向上するが、インパクト強度が低下する
のでクリティカルな数値ではないが加工性のインパクト
強度のバランスからこの範囲のものが好ましい。
【0014】またこのポリエチレン樹脂の重量平均分子
量(MW )と数平均分子量の比MW/MN は好ましくは
狭い方、例えば3.5〜6.0の範囲のものが好まし
い。MW /MN の値が大きいときは加工が容易である反
面透明性が低下する。一方、小さいときは加工性は低下
するがフィルムの透明性に優れる方向を有する。従って
フィルムの透明性が重要な場合にはこの値を3.5〜
6.0の範囲のポリエチレン樹脂を使用することが好ま
しい。
【0015】インフレーション成形には市場には上吹き
と下吹きの方法の2通りの方法があるが、本発明方法は
そのどちらにおいても実施可能である。
【0016】本発明方法の安定体は、ダイスの前方(ダ
イスからバブルが押し出され、引き取られる方向)に取
りつけられることが必要であり、一般にはダイス面に安
定体をねじ込むような方法が取られているがその方法を
適用可能である。安定体の形状は従来商業的に使用され
ているものであればすべて使用可能であり、円筒体、円
錐体などの何れでも良く、材質的にはアルミニウム、鉄
等の金属、木材あるいはこれらにフェルト等を被覆した
ものなど一般に使用されている内部マンドレル、安定体
などと称されるものが使用できる。安定体のサイズはダ
イス口径の0.5〜1.5倍程度のものが使用できる。
運転開始時の操作性、ブローアップ比の変化の少ないこ
となどからダイス口径以下の径を有する円筒形の安定体
が使い易いものと考えられる。
【0017】ダイスは原則として円形のものが主として
使用されるが、若干変更された形、例えば楕円歯車状ス
リット等の変形があっても使用できる。リップ・ギャッ
プは限定的ではないが、0.8〜4.0mmが好まし
い。特に高透明性を目的としてMW /MN の小さい樹脂
を使用するときはメルトフラクチャーをおこし易いので
この間隔を従来のバランスフィルムの場合より大きめに
とることが好ましい。
【0018】樹脂押出温度はダイスにおける樹脂温度
して160〜210℃くらいのできるだけ低温で押し出
すことが好ましい。
【0019】高透明性を目的とした場合、好ましい樹脂
のMW /MN は従来法のバランスフィルムに使用する樹
脂よりは小さいことが必要となり、これは溶融樹脂の溶
融張力を低くさせるので溶融バブルが不安定となり易
く、高速成形を困難とするからであり、できるだけ低温
にして溶融張力を高く維持することが要請される。
【0020】ダイスをでた溶融樹脂のバブルは引き取り
機により引っ張られ、安定体に接触し、その後所定の径
のバブルに急激に膨張する。このバブルは安定体に接触
し、急激に膨張する以前の段階において外部加熱装置に
より急激な加熱を受け、その表面温度をダイスにおける
樹脂温度以上であって、少なくとも200℃、好ましく
は200〜330℃にすることが必要である。かくする
ことによりダイスから押し出された際に生じたバブル表
面に生じたメルトフラクチャーは緩和され、平滑化さ
れ、フィルムの透明性(フィルム表面ヘーズが小さくな
る。)を高くすることができる。
【0021】この場合に使用できる外部加熱装置は限定
されないが、例えばニクロム線ヒーター、セラミックヒ
ーター、遠赤外線ヒーターなど輻射加熱方式であって良
い。
【0022】安定体から離れた溶融バブルは内部に封入
された空気により急激に膨張する。最終的なバブルの直
径は要求されたフィルム幅により定まるが、この直径は
ダイス口径の2倍以上、好ましくは急激に膨張して安定
体から離れるところの径の2.5倍以上、より好ましく
は2.8倍以上に膨張させる。
【0023】バブルはこの後冷却、固化して巻き取り機
に巻き取られるが、本発明方法においてはダイスにおけ
る樹脂温度を低くし、溶融ポリエチレン樹脂バブルを安
定体に接触させ、より安定にしているので透明フィルム
であるにもかかわらず従来のインフレーションフィルム
製造法と同等またはそれ以上の速度である30〜70m
/minのような高速での生産が可能となった。
【0024】
【作用】本発明はインパクト強度、ヤング率等の物性を
従来のHDPEフィルムと同等に保ちながらヘーズ、特
に表面ヘーズの小さい高透明性のフィルムを製造するた
めの要件を追求した。
【0025】インパクト強度を元通り高く維持するには
高密度ポリエチレンを選択し、透明性のためにはMW
N を小さくすることを選択したが、このため加工性が
低下し、メルトフラクチャーのトラブルが避けられなか
ったが、外部加熱によりバブル表面のみを溶融すること
によりこの問題も克服できた。特に溶融樹脂は粘度が高
く、比較的熱伝導性が低いため、内部まで温度の上昇が
なく、表面だけ加熱されたことはこの問題の解決に極め
て有利に作用した。またこの加熱時間を短時間にして温
度上昇を表面のメルトフラクチャーの緩和にのみ作用さ
せるためには引き取り速度を大きくすることが有利であ
ったため高速引き取りも可能となった。
【0026】なお、本方法をMW /MN の大なるバラン
スフィルム用ポリエチレンに適用するときはヘーズが5
以下になることはないが、透明性は改善される。
【0027】(実施例) 実施例及び比較例に用いたHDPEのMFR、密度、M
W/MNは表1に示す。フィルム成形に使用した成形機
は、スクリュー口径65mmφ、L/D=28の押出機
であり、これに100mmφのスパイラルダイス(リッ
プギャップ1.2mm)をセットし、外径100mmφ
のフェルトを巻いたアルミニウム製円筒の安定体及び内
径160mmφのセラミックヒーターを用いてスクリュ
ー回転数を変えながら、フィルムを成形した。この場合
ダイスにおける樹脂温度、引取速度、ブローアップ比
(BUR)、バブル表面加熱温度(赤外線輻射温度計で
測定)は表1に示すとおりである。得られたフィルムの
物性はJISに準じて行った。なお、サンプルフィルム
の表面に流動パラフィンを塗布してヘーズを測定し、通
常のヘーズ値より差し引いたものを表面ヘーズ値とし
た。実施例及び比較例を見て分かるとおり本発明に使用
する樹脂、加工条件においては表面ヘーズがフィルム全
体のヘーズを大きく高め、不透明の原因となっているこ
とが分かる。これを外部加熱装置を用いることにより減
少させ、高透明のフィルムが得られることが分かった。
【0028】
【表1】
【0029】
【発明の効果】従来のいわゆるバランスフィルムはヤン
グ率、インパクト強度を高く保持しながらインフレーシ
ョンフィルムを生産するため、MFRを小さくMW/M
Nの大きい(高密度ポリエチレン)を使用しているが、
加工性は比較的良く、メルトフラクチャーの心配もない
が、MW/MNが大きいため不透明フィルムとなる。本
発明においては従来法と同様に円形状のスリットを有す
るダイスから押し出すが、ダイスにおける樹脂温度が低
いためその際に生起するメルトフラクチャーを溶融ポリ
エチレン樹脂バブルが安定体に接触する場所の近辺で外
部加熱装置で溶融ポリエチレン樹脂バブル表面を加熱す
ることによりこれを緩和し、透明化することに成功した
ものである。特に高透明性を必要とする場合にはMW/
MNの小さい樹脂を用いることにより達成できる。更に
本発明方法の優れている点はフィルム引き取り速度を大
とすることが可能であって、高い透明性を有するフィル
ムを高い生産性でもって製造できる点にある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−295824(JP,A) 特開 平1−306221(JP,A) 特開 平2−34324(JP,A) 特開 平5−237929(JP,A) 特開 昭46−5744(JP,A) 特開 昭49−61252(JP,A) 特開 昭50−14762(JP,A) 特開 昭53−146764(JP,A) 特開 昭54−93057(JP,A) 特開 昭55−154126(JP,A) 特開 昭56−25418(JP,A) 特開 昭57−34920(JP,A) 特開 昭57−87924(JP,A) 特開 昭57−201627(JP,A) 特開 昭58−39420(JP,A) 特開 昭58−45026(JP,A) 特開 昭58−59069(JP,A) 特開 昭58−94434(JP,A) 特開 昭58−212918(JP,A) 特開 昭58−219021(JP,A) 特開 昭59−42931(JP,A) 特開 昭59−71825(JP,A) 特開 昭59−91031(JP,A) 特開 昭60−40229(JP,A) 特開 昭61−51324(JP,A) 特開 昭61−74823(JP,A) 特開 昭61−89827(JP,A) 特開 昭61−89828(JP,A) 特開 昭61−229529(JP,A) 特開 昭62−238731(JP,A) 特開 昭63−194928(JP,A) 特開 昭64−18625(JP,A) 特開 昭64−72828(JP,A) 実開 平5−35253(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 55/00 - 55/30 B29C 47/00 - 47/96

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密度が0.930g/cm3を越えるポ
    リエチレン樹脂の押出インフレーション成形において、
    スリットを有するダイスより押し出された溶融ポリエチ
    レン樹脂バブルを、ダイスの前方に取りつけた内部安定
    体に接触して安定化させ、同時に溶融ポリエチレン樹脂
    バブルの接触箇所の外側に取りつけた外部加熱装置によ
    り急激に膨張する以前の段階の溶融ポリエチレン樹脂バ
    ブルの表面を加熱し、その後溶融ポリエチレン樹脂バブ
    ル内の内圧によりバブルの直径をダイス口径の2.0倍
    以上に膨張させながら冷却、固化させることを特徴とす
    る透明フィルム成形方法。
  2. 【請求項2】 メルトフローレート(以下、MFRとい
    う。)0.01〜5.0g/10分のポリエチレン樹脂
    である請求項1記載の透明フィルム成形方法。
  3. 【請求項3】 ダイスにおける樹脂温度が160〜21
    0℃の温度であり、再加熱する温度として溶融ポリエチ
    レン樹脂バブル表面温度がダイスにおける樹脂温度以上
    であって、かつ200〜330℃である請求項1または
    2記載の透明フィルム成形方法。
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