JP3471924B2 - スパイラルダイおよびこれを用いる積層体製造方法 - Google Patents

スパイラルダイおよびこれを用いる積層体製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、積層樹脂筒状体押出用
のスパイラルダイおよびこれを用いる積層体製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】単独の樹脂フィルムでは得られない特性
を得るために、積層樹脂フィルムを形成することが広く
行なわれている。このような積層樹脂フィルムの典型例
の一つとしては、単独では延伸性の難しいガスバリアー
性樹脂層と、該ガスバリアー性樹脂層に延伸性を付与し
且つ該ガスバリアー性樹脂層との接着性の良好な樹脂層
と、の積層フィルムが挙げられる。このような積層樹脂
フィルムの好適な製造法としては多層インフレーション
法が挙げられる。
【0003】一般に、多層インフレーション法において
使用される成型ダイには、積層すべき各々の樹脂が個々
の押出機により溶融混練されたのち、それぞれのパイプ
状流路を経て供給される。
【0004】成型ダイには、スパイダー式、スパイ
ラル式、クロスヘッド式、マニホールド式等の基本
形式に加え、これらの組み合わせ方式の成型ダイがあ
る。何れの方式にしても、ダイ内に於いては個々の樹脂
がそれぞれの流路方式に従って単独で薄肉円筒状に成型
され、その後肉厚を調整された後に、同様にして薄肉円
筒状に成型されて流動している他の円筒状樹脂流と合流
し、積層され多層チューブ状となり、ダイリップより押
し出される。このようなダイに於いては必要な積層数に
対応した円筒状樹脂流路が必要となり、積層インフレー
ションフィルムの機能向上のため積層数を増すと、相応
してダイは複雑となり且つ大型化するため、ダイの製作
加工および組立が繁雑となることは明確であり、ダイ製
作に膨大な費用が必要であること、ダイの組み立て・分
解作業における問題点も数多く見られる。
【0005】積層体をより簡単なダイ構造により得よう
とする提案もいくつかなされてはいる。例えば、特公昭
55−23733号公報では、スパイラルダイの流路の
途中に内側から別の溶融樹脂を供給し積層体を得る方法
を提案している。また、特開平1−261426号公報
では、基材熱可塑性樹脂中に補助熱可塑性樹脂を、所謂
スタティックミキサーに通すことにより、フィルム状に
分散する方法を提案している。しかし、これらの方法
も、より単純な樹脂流路を用いて多層積層体を得る、あ
るいは積層効果の維持という観点等において、まだ満足
なものとは云い難い。
【0006】他方、多層インフレーションフィルムの製
造においては、スパイラルダイが常用されているが、溶
融樹脂を厚み斑の少ない薄肉円筒状に成型するため、ス
パイラルダイの条数(スパイラル流路溝の数)を出来る
だけ多くすることが望ましい。そのように多条化された
溝に均一に溶融樹脂を分配するため、側方向より供給さ
れる溶融樹脂をダイリング周面に設けられた(逆)トー
ナメント状分岐溝により均一に分配する方法がとられて
いる(特公昭58−29209号公報)。しかし、該
(逆)トーナメント方式分岐法は単一(単独の)溶融樹
脂の均一分配を達成する方法である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した事情に鑑み、
本発明の主要な目的は、複数の樹脂の多層積層体を効率
的に製造し得る簡単な構造のダイ、特にスパイラルダイ
を提供することにある。
【0008】本発明の別の目的は、上記のようなスパイ
ラルダイを用いた効果的な積層体の製造方法を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述の目
的で鋭意研究した結果、従来は、単一溶融樹脂の均一分
配に用いられてきた(逆)トーナメント方式分岐法を、
複数樹脂の一定順序での分配に用いて、分配された複数
の樹脂を多条化されたスパイラル流路溝に導入すること
により、前記複数樹脂が規則的に積層された積層体が効
果的に得られることを見出した。このようにして形成さ
れた積層体においては、その主たる二表面に対して構成
樹脂層が斜めに積層した形態で配置されることとなる
が、例えばガスバリアー性というような特性は、通常の
構成樹脂層が主たる二表面に平行に延在する積層体と同
等であることも見出された。
【0010】本発明の積層体成形用スパイラルダイは、
このような知見に基づくものであり、より詳しくは、互
いに嵌装関係に配置された内側ダイリングと外側ダイリ
ングとの間に、それぞれ次第に深さの減ずる複数(m;
ただしmは自然数である)のスパイラル流路溝を形成
し、該複数(m)のスパイラル流路溝に複数(n;ただ
しnは自然数で、n<mの関係にある)の互いに異なる
樹脂からなる溶融樹脂流を一定の順序で分配導入するた
めの分配溝を設け、個々の樹脂流がスパイラル流路溝を
進行してダイ軸方向に均一な筒状流を形成する前に、前
記複数の溶融樹脂流が前記スパイラル流路溝からの漏洩
流として一定の順序で積層するように構成したことを特
徴とするものである。
【0011】また、本発明の別の観点に従えば、互いに
嵌装関係に配置された内側ダイリングと外側ダイリング
との間に、それぞれ次第に深さの減少する複数(m;た
だしmは自然数である)のスパイラル流路溝を形成して
なるスパイラルダイの、該複数(m)のスパイラル流路
溝に、複数(n;ただしnは自然数で、n<mの関係に
ある)の互いに異なる樹脂からなる溶融樹脂流を一定の
順序で分配導入し、個々の樹脂流がスパイラル流路溝を
進行してダイ軸方向に均一な筒状流を形成する前に、前
記複数の溶融樹脂流を前記スパイラル流路溝からの漏洩
流として前記一定の順序で積層させることにより、その
周方向断面において前記複数樹脂が斜めに積層した積層
筒状体を得ることを特徴とする積層体製造方法が提供さ
れる。
【0012】
【実施例】以下、主として、ガスバリアー性樹脂Aと、
延伸ならびに接着性の優れた樹脂Bとの積層筒状体を得
る場合の比較例および実施例に基づいて、本発明を具体
的に説明する。
【0013】まず、図1(a)は、従来の多層用スパイ
ラルダイの模式断面図である。まず押出機10a(図示
せず)より押出されてスパイラルダイ11内に導入され
た樹脂Bは、第1ダイリング(最内リング)12aの外
周近傍に配置されたいわゆる(逆)トーナメント型の分
岐路13a(複数あるが一のみ図示)により均一に分岐
されながら、第1ダイリング12aの外周面に設けられ
た複数のスパイラル流路溝14aに導入される。スパイ
ラル流路溝14aの各々は、進行方向(上方)に進むに
従って次第に小さくなる溝深さを有し、ここを通る溶融
樹脂Bの流れは第2ダイリング12bとの間隙で溝を溢
れた漏洩流を形成しつつ螺旋状に上方へと進行し、遂に
は溝のない筒状流路15aを均質な軸方向筒状流として
上方に進行し、合流点16に至る。他方、押出機10b
より押出された溶融樹脂Aの流れは同様に分岐、漏洩流
を伴う螺旋流れを経て、筒状流路15bを通る均質な軸
方向筒状流となり、合流点16に至る。また押出機10
cにより押出された溶融樹脂Bの流れも、同様に分岐、
漏洩流を伴う螺旋流れを経て、筒状流路15cを通る均
質な軸方向筒状流となり、合流点16に至る。合流点1
6において、これら三つの筒状流は積層され、積層筒状
体としてダイリップ17より押出される。ダイリップ1
7より押出された積層筒状体は、図1(b)に示すよう
に、ガスバリアー性の樹脂層Aを中間層として、その両
側に接着性且つ可延伸性の樹脂層Bが存在する筒状積層
体を構成する。
【0014】これに対し、図2(a)は、本発明の一実
施例によるスパイラルダイ21の模式断面図であり、押
出機20aおよび20bより押出されて、それぞれスパ
イラルダイ21に導入された溶融樹脂AおよびBの流れ
は、それぞれ、それ自体は図1(a)の13aと同様な
(逆)ト−ナメント型の分岐路(図示せず、後述)によ
って分岐されたのち、それぞれ複数のスパイラル流路溝
24a、24bに導入される。その後、これらスパイラ
ル流路溝に沿って漏洩流を伴う螺旋流れとして、内側ダ
イリング22aと外側ダイリング22bの間の単一の筒
状流路を上方に進行する過程で、これら溶融樹脂AとB
とが交互に斜めに積層され、スパイラル流路溝のない筒
状流路25を経てダイリップ27から押出される。押出
された積層筒状体は、図2(b)に示すように、樹脂A
とBとが交互に斜めに積層した周方向断面(軸に直交す
る横(TD)方向断面)を有することとなる。
【0015】図3は、溶融樹脂流AおよびBの分配−積
層の態様をより詳しく説明するための、図2(a)の一
点鎖線で囲んだ枠III部の模式斜視図である。すなわ
ち、押出機20aおよび20bを通じてスパイラルダイ
21内に導入された溶融樹脂流A、Bは、まずトーナメ
ント分岐点23a1、23b1に到達し、ここから更に
分岐点23a2、23b2・・・を通じて分岐をそれぞ
れ繰り返し、最終分岐点23a3、23b3を過ぎたの
ち、分配部最終流路28a、28b、28a、28b・
・・に導入され、ここからはスパイラル流路溝24a、
24b、24a、24b・・・に樹脂流A、Bが交互に
流入する。なお、ここでスパイラル流路溝24a、24
b、24a、24b・・・の開始点(分配部最終流路2
8a、28b、28a、28b・・・の終点)は、ほ
ぼ、内側ダイリング22aの同一円周線上に位置してい
る。そして、スパイラル流路溝24a、24bに入った
樹脂流A、Bは、当初は、専ら該スパイラル流路溝24
a、24bに沿ったスパイラル流として進むが、次第に
内側ダイリング22a、特にそのスパイラル山22aa
と、外側ダイリング22bとの間隙である流路22ab
にスパイラル山22aaを乗り越える漏洩流が流路に沿
って(すなわち上方へと)生ずる。すなわち、あたかも
樹脂A、樹脂Bの流膜が円周方向に形成される如く各ス
パイラル流路溝から流出する。そして、かくして形成さ
れた樹脂A、樹脂Bの流膜は、それぞれ下流側のスパイ
ラル溝24b、24aから流出した樹脂B、樹脂Aの流
膜に、それぞれ、即ち流膜Aと流膜Bとが交互にかぶさ
るように積層されていく。その積層される角度は、各ス
パイラル流路溝から漏洩する樹脂の展開角ω(図2
(b))に一致する。すなわち、スパイラル流路溝の開
始点が外表面側を形成し、積層されるに従って内表面側
へと移動して、展開角ωだけ移動したところで内表面に
到達する。このように樹脂Aと樹脂Bは、それぞれの展
開角ω分だけ傾斜状態で積層される(図2(b))。展
開角ωは、樹脂A、Bのそれぞれについて形成されるス
パイラル流路溝24a、24bの当初深さ、および次第
に浅くなる割合等によって制御可能であるが、一般に、
60゜〜720゜の範囲、好ましくは80゜〜360゜
の範囲、より好ましくは130゜〜230゜の範囲であ
る。展開角ωが60゜未満では得られる積層体に厚み斑
が多くなり、一方、720゜超過では、成形時にスパイ
ラルダイ内での圧力が大きくなり成形加工が難しくな
る。
【0016】図2に戻って、ダイリップより押出された
積層筒状体は、必要に応じて、拡周ならびに薄肉化のた
めのインフレーション工程を経て一般には軸と平行な方
向に切裂くことによりシートないしフィルム(以下、特
に厚さを限定する意図なく「フィルム」と包括的に表示
する)の形状とされる。
【0017】図4(a)は、このようにして得られた本
発明の積層樹脂フィルム1の模式斜視図であり、図4
(b)は軸に平行する縦(MD)方向(前記スパイラル
ダイの軸方向)の断面図、図4(c)はTD方向(スパ
イラルダイの軸と直交する積層筒状体の周方向)断面図
である。図4(b)、(c)から明らかなように、積層
樹脂フィルム1は、MD方向断面は、各樹脂層A、Bが
交互に平行に積層した形態を示す(図4(b))が、T
D方向断面には、各樹脂層A、Bのそれぞれが、主たる
二表面1a、1bに到達するようにして交互に斜めに積
層して存在する(図4(c))。但し、個々の樹脂層
A、Bが、積層樹脂フィルム1の主たる二表面1a、1
bとなす角度θは、図4(c)に表現されるほどには大
きくなく、一般に0゜を超え4゜以下の範囲、特に0.
001゜〜0.4゜の範囲である。なお、該角度θは、
次の関係式により表わすことができる。
【0018】tanθ=[フィルムの厚さ(mm)]/
[フィルム全周の長さ(mm)×展開角(ω)/360
゜] 図4(a)〜(c)に示すような本発明の斜め積層構造
は、対応図を図5(a)〜(c)に示すような従来の多
層用スパイラルダイを用いた積層樹脂フィルムにおける
積層構造、すなわち、構成樹脂層A、BがMD方向とT
D方向のいずれにおいても、一様に端部まで延長し平行
に積層した構造、に対して特徴的なものと考えられる。
【0019】このような特徴的な斜め積層構造の結果と
して、本発明法により得られる積層樹脂フィルムは、厚
さ方向における特性(例えば圧縮性、ガスバリアー性な
ど)は、従来の平行積層型積層樹脂フィルムと同等であ
るが、面に平行な方向、特にTD方向、における特性
は、構成樹脂A、Bのうちヤング率、降伏応力等の機械
的特性の小なる側の樹脂により優先的に支配され、且つ
変形性の大なる積層樹脂フィルムとして得られる。これ
ら特性は、深絞り成形、スキン成形等に適したものとい
える。また、特に、これを一軸ないし二軸に延伸して得
られる延伸フィルムは、高い収縮性と、収縮後において
小なるヤング率を示すことも確認されている。これら特
性は、延伸フィルムを、食品の真空パック材料等に用い
る際に望ましいタイトフィットならびに低温収縮特性が
優れていることを意味する。
【0020】上記においては、二種の樹脂A、Bの交互
積層構造体(A/B/A/B/A/B・・・)について
述べた。しかし、各種樹脂層の積層順序は任意であり、
例えば二種の樹脂A、Bに関してもA/B/B/A/B
/B/A・・・あるいはA/B/B/A/A/B/B/
A・・・のような繰り返し構造も可能である。全体とし
て均質な特性の積層樹脂フィルムを得るために、一定の
順序で繰り返し積層を行ない積層樹脂成形体を得ること
が好ましい。また三種以上の樹脂を積層することも、も
ちろん可能であり、例えば三種の樹脂、A、B、Cにつ
いての積層順序の例としては、以下のようなものがあ
る。
【0021】 A/B/C/A/B/C/A・・・・・・・・・、 A/B/C/B/A/B/C/B/A・・・・・、 A/B/A/B/C/A/B/A/B/C・・・、 A/B/C/B/A/B/C/B/A・・・・・。
【0022】本発明法に従い、積層体を形成する場合、
複数(n;ただしnは自然数である)の互いに異なる樹
脂すなわち積層用の樹脂種数(n)は、2〜4、一方、
複数(m;ただしmは自然数で、n<mの関係にある)
のスパイラル流路溝すなわちスパイラル流路溝24a、
24b等を合計したスパイラル流路溝数(m)、換言す
ると積層数(m)は、4〜256溝(層)、更には8〜
128溝(層)、特に16〜64溝(層)程度とするこ
とが好ましく、特定の面方向位置における厚み方向積層
数は、4〜100層、特に6〜20層であることが好ま
しい。この厚み方向積層数は、前記したスパイラル流路
溝数(スパイラル条数)mと、展開角ωとから、m×ω
/360として求まるものである。積層樹脂成形体の全
体厚さは、例えば溶融押出パリソンのまま用いること、
あるいはインフレーション倍率の制御によりかなり巾広
く制御可能であるが、例えば10μm〜1mm、特に1
5〜200μm程度の厚さが好ましい。また得られる図
4(a)〜(c)に示すような斜め積層樹脂フィルムの
少なくとも一面に、一層以上の異種または同種(斜め積
層樹脂フィルムの構成樹脂と)の樹脂層を更に被覆する
ことも多くの場合に好ましい。
【0023】以下、本発明の実施例に相当するダイを用
いた積層樹脂フィルムの製造例および比較例を示す。
【0024】実施例 図2のように2種の樹脂を交互に流入加工できる斜め積
層体形成用スパイラルダイ(m=16)を用いて、円筒
状に同時押出し(押出温度180〜210℃、ダイス温
度200℃)、斜め積層体フィルムを得た。その後、イ
ンフレーション法により同時二軸延伸を行ない、多層延
伸フィルムを製造した。延伸フィルムを構成する斜め積
層体は、EVOH=6μm(合計厚み)、EMAA=1
2μm(合計厚み)、層数合計6〜7であった。EVO
Hはエチレン含有量44mol%、鹸化度99.4%、
溶融粘度(200℃、25sec-1)=901Pa・S
のエチレン−酢酸ビニル共重合体ケン化物(クラレ製
「EVAL EPE−105」)を使用した、またEM
AAはメタクリル酸含量12重量%のエチレン−メタク
リル酸共重合体(三井デュポンポリケミカル製1207
C 溶融粘度(200℃、25sec-1)=450Pa
・S)であった。得られたフィルムの代表的な物理的及
び機械的性質を下表1に示す。
【0025】ここで、表1の引張強さ、降伏点応力、伸
び、熱水収縮率、ヤング率および酸素透過性はいずれも
延伸フィルムを測定しあわせて記載した。
【0026】なお、積層体形成用スパイラルダイの仕様
および各種性質の測定法は以下の通りである。
【0027】<スパイラルダイの仕様> ・スパイラル条数(スパイラル流路溝数) 16(8+8) ・流路の巻数 1.5 ・スパイラルのピッチ 6.875mm ・スパイラル流路溝の開始点および終点における溝深さと幅 溝深さ(mm) 幅(mm) EVOH側 開始点 10 5 終点 0 0 EMAA側 開始点 6.5 5 終点 0 0 ・スパイラル山と外側ダイリングとの間隙の大きさおよ
びその押出方向への変化 開始点 0mm 終点 1.5mm ・内側ダイリングの直径およびその押出方向への変化 開始点 100mm 終点 97mm
【0028】<測定法> 1.引張強さ、降伏点応力、伸び JIS K 7127に準拠し、オリエンテック(株)
製テンシロン万能試験機RTM−100を用いて、以下
の条件で測定した。
【0029】 ・試料長(つかみ具間距離) 50mm ・試料幅 10mm ・クロスヘッド速度 500mm/min ・試験温度 23℃ ・試験湿度 50%相対湿度 なお、引張強さおよび伸びは試料の破断点での値であ
る。
【0030】2.熱水収縮率 延伸フィルムのMD、TD方向にそれぞれ10cmの距
離に印を付し(少なくとも繰り返し数を5以上とし
て)、該フィルムを所定の温度の熱水に10秒間浸漬
し、取り出し直後に常温の水で冷却し、その後収縮した
印の距離を計測して、元の10cmから読み取り値を差
し引いた値を百分率で表示し、繰り返し数にもとづいて
平均値で表わす。
【0031】3.ヤング率 JIS K 7127に準拠し、オリエンテック(株)
製テンシロン万能試験機RTM−100を用いて以下の
条件で測定した。
【0032】 ・試料長(つかみ具間距離) 100mm ・試料幅 20mm ・クロスヘッド速度 10mm/min ・試験温度 23℃ ・試験湿度 50%相対湿度
【0033】4.酸素透過性 JIS K 7126に準拠し、Modern Con
trol社製酸素ガス透過度測定装置Oxtran−1
00を用いて以下の条件で測定した。
【0034】 ・試験温度 30℃ ・試験湿度 100%相対湿度
【0035】5.溶融粘度 Rheometrics社製回転粘度計DSRを用いて
以下の条件で測定した。
【0036】 ・試験温度 200℃ ・剪断速度 0.1〜1000sec-1 ・治具(ジオメトリー) 平行平板 ・ギャップ距離 2mm なお、溶融粘度は上記測定結果の25sec-1の値を用
いて算出した。
【0037】比較例 通常の3層スパイラルダイを用いて、各々の層全てを円
筒状に同時共押出し、上記実施例の対照となる3層フィ
ルムを製造した。その後、インフレーション法により同
時二軸延伸を行ない、対照となる3層延伸フィルムを製
造した。延伸フィルムの構造は次のとおりであった。
【0038】 使用樹脂中、EVOHおよびEMAAはいずれも上記実
施例で使用のものと同じである。
【0039】
【表1】
【0040】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、複数
の樹脂の多層積層体を効率的に製造し得る簡単な構造の
スパイラルダイ、ならびに該スパイラルダイを用いる効
果的な積層体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の多層用スパイラルダイの断面図および製
品フィルム断面図。
【図2】本発明のスパイラルダイの一実施例の断面図お
よび製品フィルムの断面図。
【図3】図2のスパイラルダイの要部の模式斜視図。
【図4】本発明法により製造された積層樹脂フィルムの
一例の斜視図および二方向断面図。
【図5】従来の積層樹脂フィルムの斜視図および二方向
断面図。
【符号の説明】
1:積層樹脂フィルム(1a、1b:その主たる二表
面) A、B:構成樹脂種 10a、10b、10c:押出機 11、21:スパイラルダイ 12a、12b、22a、22b:ダイリング 22ab:内外ダイリング間間隙流路 13a、23a1、23a2、23a3、23b1、2
3b2、23b3:トーナメント分岐部 14a、24a、24b:スパイラル流路溝 15a、15b、15c、25:筒状流路 16:合流点 17、27:ダイリップ 28a、28b:分配部最終流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 47/00 - 47/96

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに嵌装関係に配置された内側ダイリ
    ングと外側ダイリングとの間に、それぞれ次第に深さの
    減ずる複数(m;ただしmは自然数である)のスパイラ
    ル流路溝を形成し、該複数(m)のスパイラル流路溝に
    複数(n;ただしnは自然数で、n<mの関係にある)
    の互いに異なる樹脂からなる溶融樹脂流を一定の順序で
    分配導入するための分配溝を設け、個々の樹脂流がスパ
    イラル流路溝を進行してダイ軸方向に均一な筒状流を形
    成する前に、前記複数の溶融樹脂流が前記スパイラル流
    路溝からの漏洩流として一定の順序で積層するように構
    成したことを特徴とする積層体成形用スパイラルダイ。
  2. 【請求項2】 mが4〜256、nが2〜4である請求
    項1のスパイラルダイ。
  3. 【請求項3】 互いに嵌装関係に配置された内側ダイリ
    ングと外側ダイリングとの間に、それぞれ次第に深さの
    減少する複数(m;ただしmは自然数である)のスパイ
    ラル流路溝を形成してなるスパイラルダイの、該複数
    (m)のスパイラル流路溝に、複数(n;ただしnは自
    然数で、n<mの関係にある)の互いに異なる樹脂から
    なる溶融樹脂流を一定の順序で分配導入し、個々の樹脂
    流がスパイラル流路溝を進行してダイ軸方向に均一な筒
    状流を形成する前に、前記複数の溶融樹脂流を前記スパ
    イラル流路溝からの漏洩流として前記一定の順序で積層
    させることにより、その周方向断面において前記複数樹
    脂が斜めに積層した積層筒状体を得ることを特徴とする
    積層体製造方法。
  4. 【請求項4】 前記積層筒状体を拡周ならびに薄肉化す
    るためのインフレーション工程を含む請求項3に記載の
    方法。
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