JP3676156B2 - 二軸延伸ポリエステルフィルムの熱処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二軸延伸されたポリエステルフィルムの弛緩熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二軸延伸ポリエステルフィルムは耐熱性、機械特性、耐薬品性等にバランスの良い性能を示し、種々の用途で使用されている。特に二次加工の行程やユーザの使用段階で加熱を受ける用途、例えば，メンブレンスイッチ、ＦＰＣ、熱現像方式の写真感光材料用途などでは、低熱収縮のフィルムが要望されている。
【０００３】
これらの要請に対して、二軸延伸ポリエステルフィルムの製造工程中で熱固定温度を高く設定することで結晶化度を上げたり、縦および横方向に弛緩熱処理を施すことが行われている。しかし、オンラインの処理だけでは充分に低熱収縮化することができないため、二軸延伸ポリエステルフィルムを製造後さらにオフラインで弛緩熱処理することが行われてきた。
【０００４】
弛緩熱処理には種々の方法があり、例えば懸垂状態で連続的に走行させたフィルムを特定の温度条件下で弛緩することで熱収縮率を０．１％以下にする方法が提案されている（特許１８９１１７２号公報）。しかしこの方法では熱処理速度を増加させようとすると、フィルムの冷却が追いつかず平面性が損なわれる問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は平面性が良好で、熱寸法安定性に優れた二軸延伸ポリエステルフィルムを効率よく得るための弛緩熱処理方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、ポリエステルフィルムを弛緩熱処理する方法において、ポリエステルフィルムの走行域の上部に加熱ゾーン、その下部に冷却ゾーンが形成され且つ熱風を吹き出さないオーブン内で二軸延伸ポリエステルフィルムを懸垂した状態で式（１）に示される最高温度Ｔｍａｘに到達させ、該フィルムをオーブン内に過供給することによって弛緩させ、オーブン出口でのフィルム温度Ｔｆを式（２）を満足する範囲とすると共に、オーブン内部の前記冷却ゾーンから前記加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度Ｔａｉと、その流速Ｖａｉが式（３）および式（４）を満足することを特徴とする二軸延伸ポリエステルフィルムの熱処理方法により達成できる。
【０００７】
【数４】
Ｔｇ＋５０≦Ｔｍａｘ≦Ｔｇ＋１５０・・・式（１）
Ｔｇ−３０≦Ｔｆ≦Ｔｇ＋７０・・・・・・式（２）
Ｔｇ−５０≦Ｔａｉ≦Ｔｇ＋５０・・・・・・式（３）
０．０２≦Ｖａｉ≦５．０・・・・・・・・・式（４）
（式（１）および式（２）で、Ｔｍａｘはオーブン内のフィルム最高温度（℃）、Ｔｇは二軸延伸フィルムを構成するポリエステルのガラス転移温度（℃）、Ｔｆはオーブン出口でのフィルム温度（℃）を表わし、式（３）および式（４）で、Ｔａｉは冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度（℃）、Ｖａｉは冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の流速（ｍ／ｓ）、Ｔｇは二軸延伸フィルムを構成するポリエステルのガラス転移温度（℃）をそれぞれ表わす。）
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
図１は本発明の１つの実施形態を表す弛緩熱処理装置の１例である。図１で、１は予熱ロール、２は二軸延伸ポリエステルフィルム、３は熱処理オーブン、４〜６は冷却ロール、７は赤外線ヒーター、８は放射温度計、９は温度測定用穴、１０は張力検出用ロール、１１は加熱ゾーン、１２は冷却ゾーン、１３は仕切り板、１４は空気排出スリット、Ｔｆはオーブン出口でのフィルム温度である。
【０００９】
図２は懸垂状態のフィルムと、水平状態のフィルムの張力のかかり方の比較説明図である。図２で、２１a、２１b、２２a、２２bはガイドロールである。Ｔｖは懸垂状態のフィルムのスパン上端での張力、Ｗはフィルムの自重、Ｔｈは水平状態のスパン両端での張力である。
【００１０】
図３はエアフロート法による水平フィルムの搬送状態の説明図である。図３で、３１はエアフロートノズルである。
【００１１】
本発明で言う懸垂した状態でフィルムを走行させるというのは、図１に示したように予熱ロールから冷却ロールに向かって、重力方向に走行させることである。重力方向に走行させることで、実質的にはフィルム自重の処理張力への影響を小さくすることができる。例えば、ある一定スパンのフィルムの重量をＷとすると、懸垂状態のフィルムのスパン上端での張力Ｔv＝Ｗであり、水平状態のスパン両端での張力Ｔh＝Ｗ／（２・sinθ）である。ここでθはスパン端部でのフィルムの水平からの角度である。θ＞３０°なら水平状態のほうが張力が小さくなるが、大きく垂れ下がった状態ではフィルムを安定走行させることは困難なため、エアフロートノズル等によって僅かに上下に波打った状態で走行させるのが現実的である（図３）。その場合θは大きくとも１０°以下であり、張力的には懸垂状態が有利である。またエアフロート法は低張力下では走行フィルムが蛇行し、安定な熱処理が困難である。これに対し懸垂状態の走行は、重力と走行方向が同一のため低張力下でも安定してフィルムを搬送することが可能である。
【００１２】
弛緩熱処理時のフィルムの最高温度（Ｔｍａｘ）は、Ｔｇ＋５０〜Ｔｇ＋１５０の範囲である。この温度範囲以下では低熱収縮率化が困難となり、これより高い温度では平面性を乱しやすく、ともに発明の目的が達成できない。
【００１３】
このＴｍａｘの温度範囲で、その上限はＴｇ＋１３０℃であることが好ましく、Ｔｇ＋１１０℃であることがさらに好ましい。また、Ｔｍａｘの下限はＴｇ＋６５℃であることが好ましく、Ｔｇ＋８０℃であることがさらに好ましい。ポリエステルがポリエチレンテレフタレートの場合は、上記フィルムの最高温度（Ｔｍａｘ）は、通常１２０℃以上２２０℃以下の範囲であり、好ましい上限は２００℃、特に好ましい上限１８０℃、好ましい下限は１３５℃、特に好ましい下限は１５０℃である。
【００１４】
フィルムの加熱はフィルムに熱風を吹き付ける方法は、フィルムのバタツキを誘発し好ましくないため、赤外線ヒーターのような輻射熱によって加熱するのが好ましい。熱収縮の幅方向分布を小さくするため、幅方向に複数のヒーターを並べて幅方向の温度分布を制御することが好ましい。
【００１５】
フィルムの平面性を乱す最大の要因は、フィルムに波シワが入った状態で急激に冷却されることでシワが固定されることである。この急冷を防ぐために冷却ロールと冷却ロールに触れる直前のフィルムの温度差を小さくすること必要であり、さらに高い速度で熱処理をするためにはオーブン内の冷却効率を上げ、オーブン出口のフィルム温度Ｔｆを式（２）の範囲に収めるのが有効である。ＴｆはポリエステルフィルムのＴｇ−３０℃からＴｇ＋７０℃の温度ならば、オーブン以降の工程で熱収縮率が増加したり平面性が悪化することを抑えることができる。この範囲を下回らせるためには冷却過程に非常に長い時間を要し生産性が上がらないし、この範囲を上回ると前述のように製品の平面性を悪化させる原因となる。Ｔｆの温度範囲で、その上限はＴｇ＋５０℃であることが好ましく、Ｔｇ＋３０℃であることがさらに好ましい。また、Ｔｆの下限はＴｇ−１０℃であることが好ましく、Ｔｇであることがさらに好ましい。
【００１６】
懸垂状態のフィルムを走らせる縦向きのオーブンには加熱空気の上昇気流が生じるとともに、フィルムの随伴流によって加熱ゾーンで高温空気が冷却ゾーンに運ばれる。オーブン内の冷却効率を上げるには、オーブンの下端から吸い込まれる低温の空気を加熱ゾーンへ通過させずに、冷却ゾーン内に循環させること、加熱ゾーンからのフィルム随伴流をカットすることが有効である。加熱ゾーンから冷却ゾーンに向ってながれる空気の温度Ｔａｉを式（３）の範囲内とし、加熱ゾーンから冷却ゾーンにみ向ってながれる空気の流速Ｖａｉを式（４）の範囲内に収めることによって、オーブン出口のフィルム温度を式（２）の範囲内にすることができる。Ｔａｉの温度範囲で、その上限はＴｇ＋３０℃であることが好ましく、Ｔｇ＋１０℃であることがさらに好ましい。また、Ｔａｉの下限はＴｇ−３０℃であることが好ましく、Ｔｇ−１０℃であることがさらに好ましい。更にＶａｉの範囲で、その上限は３．０ｍ／ｓであることが好ましく、１．５ｍ／ｓであることがさらに好ましい。また、Ｖａｉの下限は０．１ｍ／ｓであることが好ましく、０．２ｍ／ｓであることがさらに好ましい。
【００１７】
これらＴａｉ、Ｖａｉを得るための具体策として、加熱ゾーンと冷却ゾーン間に仕切り板を設けること、加熱ゾーンと冷却ゾーンの間から加熱された空気を排出すること、またはこれらを併用するのが有効である。
【００１８】
低熱収のフィルムを得る条件は、張力Ｆが式（７）の範囲内であることが好ましい。この範囲を下回るとロール搬送系でフィルムが蛇行し安定に処理ができないことがあり、この範囲を上回ると低熱収のフィルムを得ることができないことがある。フィルム単位断面積当たりの熱処理張力は通常、０．０４〜０．６０Ｍｐａであればよい。この熱処理張力の範囲で、その上限は０．４０ＭＰａであることが好ましく、０．２０ＭＰａであることがさらに好ましい。また、熱処理張力の下限は０．０８ＭＰａであることが好ましく、０．１０Ｍｐａであることがさらに好ましい。
【００１９】
上記のような張力を得るために、フィルムを過供給し弛緩させることが必要である。フィルムを弛緩熱処理する際の過供給率（Ｄ）とは、引き取り速度に対する供給速度の比であり、次式で示される。
【００２０】
【数６】
Ｄ＝（供給速度−引き取り速度）／供給速度×１００（％）
【００２１】
フィルムの張力をオンラインで測定し制御しても良いが、低張力域でのフィルム張力制御は安定させるのが難しいため、過供給率を設定し張力をモニターするのが実用的である。低熱収フィルムを得るには、Ｄ＞０でかつ、Ｓ−０．３≦Ｄ≦Ｓ＋０．３であればよく、Ｓ−０．１≦Ｄ≦Ｓ＋０．１であればより好ましい。ここでＳは熱処理前のフィルムの最高温度Ｔｍａｘでの縦方向の熱収縮率である。
【００２２】
二軸延伸ポリエステルフィルムを熱処理する際には温度、張力とともに、熱処理の時間も熱収縮に影響を及ぼす。熱処理時間は、熱処理時のフィルム最高温度Ｔｍａｘ−２０℃〜Ｔｍａｘの範囲に１〜６０秒間保持すれば良く、好ましくは２〜３０秒、さらに好ましくは４〜１０秒がよい。
【００２３】
本発明におけるポリエステルとは、芳香族二塩基酸またはそのエステル形成性誘導体とジオールまたはそのエステル形成性誘導体とから合成される線状飽和ポリエステルである。ポリエステルの具体例として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート等が例示でき、これらの共重合またはこれらと小割合の他樹脂とのブレンド物等も含まれる。
【００２４】
ポリエステルには、フイルムの滑り性、加工性などの点から滑剤例えば炭酸カルシウム、カオリン、シリカ、酸化チタン、アルミナ、架橋ポリスチレン粒子、シリコン樹脂粒子などの添加微粒子及び（または）触媒残渣の析出微粒子等を含有させることが好ましい。また、他の添加剤例えば顔料、安定剤、紫外線吸収剤等を必要に応じて含有させることができる。
【００２５】
本発明で用いる二軸延伸・熱固定したポリエステルフイルムは、従来から知られている方法で製造することができる。例えば、上記ポリエステルを乾燥後ポリマー融点（Ｔｍ℃）ないし（Ｔｍ＋７０）℃の温度で溶融し、ダイ（例えばＴ―ダイ、Ｉ―ダイ等）から冷却ドラムに押出し、急冷して固有粘度０．３５〜０．９ｄｌ／ｇの未延伸フイルムを得、該未延伸フイルムを縦方向に（Ｔｇ−１０）〜（Ｔｇ＋７０）℃の温度（ただし、Ｔｇはポリエステルのガラス転移温度である）で２．５〜５．０倍の倍率で延伸し、次いでステンターにて横方向にＴｇ〜（Ｔｇ＋７０）℃の温度で２．５〜５．０倍の倍率で延伸し、更に（Ｔｇ＋７０）℃〜Ｔｍ℃の温度で熱固定することで製造することができる。また、ポリエチレンテレフタレートフイルムについては１９０〜２４０℃で熱固定するのが好ましい。熱固定時間は１〜６０秒が好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに説明する。尚、特性値は以下の方法により測定した。
【００２７】
（１）１２０℃熱収縮率
低張力熱処理後の支持体を、測定方向２５０ｍｍ×幅５０ｍｍに裁断する。これに２００ｍｍ間隔に孔を２点開け、２５℃６０％ＲＨで１２時間以上調湿後ピンゲージを用いて測定する（この長さをＬ1 とする）。この後１２０℃に加熱した厚み１０ｍｍの平滑なステンレス板に１５秒間押しつける。この後２５℃６０％ＲＨで１２時間以上調湿後再びピンゲージを用いて測長する（この長さをＬ2 とする）。下記式に基づき熱寸法変化率を求める。
【００２８】
【数７】
１２０℃熱収縮率（％）＝１００×（Ｌ2 −Ｌ1 ）／Ｌ1
これを支持体の幅方向に５等分した点において測定する。この平均値をＭＤ方向の１２０℃熱収縮率とし、５点の最大値と最小値の差の絶対値を１２０℃熱収縮量率のレンジとする。
【００２９】
（２）１５０℃熱収縮率
測定方向３５０ｍｍ、幅５０ｍｍのサンプルを切り出し、該サンプルの長手方向の両端近傍３００ｍｍ間隔に標点を付け、１５０℃の温度に調整されたオーブンに自由端で３０分放置する。これを取り出し室温で調整後、標点間距離を測長（この長さをＬ3 （ｍｍ）とする）し、下記式にて熱収縮率を求める。
【００３０】
【数８】
１５０℃熱収縮率（％）＝１００×（３００−Ｌ3 ）／３００
【００３１】
（３） フイルムの平面性
幅１０００ｍｍ、長さ２５００ｍｍのサンプルを切り出し、このサンプルを平板上に広げて波打ち、盛り上がりの状態を限度見本と照らし合わせて目視により評価した。
【００３２】
（４） オーブン内のフィルム温度
オーブンの壁面に内部のヒーターの影響を受けない位置に測定用の穴を概略０．５ｍピッチにあけ，そこから内部フィルムの温度を放射温度計で測定した。測定時以外は穴に蓋をすることでオーブン内の温度が冷えないようにした。
【００３３】
（５） フィルム張力
オーブンをでてから冷却ロールまでの位置にロードセル付きのガイドロールを設置し、張力を測定した。該ガイドロールは張力測定時のみフィルムに接触させ、不使用時は退避する構造とした。
【００３４】
（６） ガラス転移温度（Ｔｇ）
試料１０ｍｇをパーキンエルマー社製のＤＳＣ装置（示差走査熱量計）にセットし、試料を３００℃の温度で５分間溶融した後、液体窒素中で急冷し、この急冷試料を１０℃／分で昇温してガラス転移点Ｔｇを測定した。
【００３５】
［実施例１］
固有粘度（ｏ−クロロフェノール溶液にて３５℃で測定）０．６５ｄｌ／ｇのポリエチレンテレフタレート（Ｔｇ：７０℃）のペレットを１８０℃で５時間乾燥した後に、２７０〜３００℃に加熱された押出機に供給し、押し出し成形ダイによりシート状に成形した。さらにこのフィルムを表面温度２５℃の冷却ドラム上に静電気で密着固化させ、未延伸フィルムを得た。次いで未延伸フィルムを、８０〜１００℃の加熱ロール群で加熱し縦方向に３．４倍一段階で縦延伸し、２０〜５０℃のロール群で冷却し、続いて、テンタへ導き、該フィルムの両端をクリップで把持しながら、９０℃に加熱された熱風雰囲気中で予熱し、９５℃の熱風雰囲気中で横方向に３．６倍に横延伸した。
【００３６】
こうして二軸延伸されたフィルムをそのまま、テンタ中で引続き、２３５℃の熱処理を行い、熱処理後一旦１８０℃まで冷却後、熱風を吹き出さないゾーンにて熱固定されたフィルムのエッジ部を切り放した後、引き取り速度を１．５％減じて弛緩し、１８０℃から１１０℃までの徐冷しテンタから取出し、室温で自然に９０℃まで冷えたフィルムを７５℃の引き取りロールで引き取り、室温〜５０℃の領域まで冷えたフィルムを巻き取った。得られた厚さ１００μmの二軸延伸フィルムの１５０℃熱収縮率は縦方向が０．４％，横方向が０．１％であった。また１５０℃熱収縮率測定と同様の方法で１２０℃の熱収縮率を測定すると、縦方向が０．２０％、横方向が０．１０％であった。
【００３７】
得られた二軸延伸フィルムを１５００ｍｍ幅にスリットし、図１に示した本発明の方法によって弛緩熱処理を行った。オーブン３の長さが４ｍ、フィルム２の搬送速度２０m/min、予熱ロール温度を調整することで、予熱ロール１から離れた直後のフィルム温度を１２０℃とし、オーブン内に設けた赤外線ヒーター７の温度を調整することで、オーブン３内でフィルムの最高温度を１５０℃とした。オーブンの加熱ゾーンと冷却ゾーンの間に仕切り板１３を設け、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度を８０℃、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の流速を１．０ｍ／ｓとし、オーブン３出口でのフィルム温度を１１０℃とした。仕切り板の先端とフィルムとの距離は２０ｍｍにセットした。空気排出スリットは出口を塞いでおいた。放射温度計８によってオーブン外から温度測定用穴９を通してフィルム温度を測定すると、オーブン内でフィルムが１３０〜１５０℃の範囲になっている時間は３．０秒であった。フィルムの過供給率Ｄ＝０．４６％とし、その時の冷却ロール直前でのフィルム縦方向張力は０．１０ＭＰａであった。フィルム自重を加味すると最高温度での張力Ｆは０．１６ＭＰａであった。その後フィルムを表面温度９５℃の冷却ロール４、表面温度８０℃の冷却ロール５、表面温度６５℃の冷却ロール６に順次接触させ、多段階に冷却した。冷却ロール５直前のフィルム表面温度は９３℃、冷却ロール６直前のフィルム表面温度は７８℃であった。
【００３８】
得られた熱処理フィルムの１５０℃熱収は縦方向が０．０６％，横方向が０．０４％、１２０℃熱収は縦方向が０．０２０％、横方向が−０．０２７％と良好であり、平面性も良好レベルであった。
【００３９】
［実施例２］
オーブンの加熱ゾーンと冷却ゾーンの間に実施例１と同様な仕切板１３を設けるとともに、仕切板の下部にオーブン全幅にわたる幅１０ｍｍの空気排出スリット１４から加熱空気を排出することで、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度を８０℃、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の流速を０．４ｍ／ｓとし、オーブン３出口でのフィルム温度を１０５℃とした。それ以外は実施例１と同様な条件で弛緩熱処理を行った。
【００４０】
得られた熱処理フィルムの１５０℃熱収は縦方向が０．０７％，横方向が０．０４％、１２０℃熱収は縦方向が０．０２５％、横方向が−０．０２５％と良好であり、平面性も良好レベルであった。
【００４１】
［比較例１］
オーブンの加熱ゾーンと冷却ゾーンの間の仕切り板を取り外し、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度が１５０℃、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の流速が６ｍ／ｓであり、オーブン３出口でのフィルム温度が１４５℃であった。それ以外は実施例１と同様な条件で弛緩熱処理を行った。冷却ロール４の直前のフィルム温度は１３５℃になっており、冷却ロール４上で急冷による波シワが発生し固定された。
【００４２】
得られた熱処理フィルムの１５０℃熱収は縦方向が０．０９％、横方向が０．０２％、１２０℃熱収は縦方向が０．０７０％、横方向が−０．０３７％であり、サンプリング位置によって熱収値にばらつきが見られ、製品として出荷できないものであった。また熱処理後の製品には縦方向の波シワが固定されており、平面性は出荷不可レベルであった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の二軸延伸ポリエステルフィルム製造方法によれば、平面性が良好で、熱寸法安定性に優れた二軸延伸ポリエステルフィルムを効率よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態を表す弛緩熱処理装置の１例である。
【図２】懸垂状態のフィルムと、水平状態のフィルムの張力のかかり方の比較説明図である。
【図３】エアフロート法による水平フィルムの搬送状態の説明図である。
【符号の説明】
１：予熱ロール
２：二軸延伸ポリエステルフィルム
３：熱処理オーブン
４〜６：冷却ロール
７：赤外線ヒーター
８：放射温度計
９：温度測定用穴
１０：張力検出用ロール
１１：加熱ゾーン
１２：冷却ゾーン
１３：仕切り板
１４：空気排出スリット
Ｔｆ：オーブン出口でのフィルム温度
２１a、２１b、２２a、２２b：ガイドロール
Ｔｖ：懸垂状態のフィルムのスパン上端での張力
Ｔｈ：水平状態のスパン両端での張力
Ｗ：フィルムの自重
３１：エアフロートノズル
【発明の属する技術分野】
本発明は二軸延伸されたポリエステルフィルムの弛緩熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二軸延伸ポリエステルフィルムは耐熱性、機械特性、耐薬品性等にバランスの良い性能を示し、種々の用途で使用されている。特に二次加工の行程やユーザの使用段階で加熱を受ける用途、例えば，メンブレンスイッチ、ＦＰＣ、熱現像方式の写真感光材料用途などでは、低熱収縮のフィルムが要望されている。
【０００３】
これらの要請に対して、二軸延伸ポリエステルフィルムの製造工程中で熱固定温度を高く設定することで結晶化度を上げたり、縦および横方向に弛緩熱処理を施すことが行われている。しかし、オンラインの処理だけでは充分に低熱収縮化することができないため、二軸延伸ポリエステルフィルムを製造後さらにオフラインで弛緩熱処理することが行われてきた。
【０００４】
弛緩熱処理には種々の方法があり、例えば懸垂状態で連続的に走行させたフィルムを特定の温度条件下で弛緩することで熱収縮率を０．１％以下にする方法が提案されている（特許１８９１１７２号公報）。しかしこの方法では熱処理速度を増加させようとすると、フィルムの冷却が追いつかず平面性が損なわれる問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は平面性が良好で、熱寸法安定性に優れた二軸延伸ポリエステルフィルムを効率よく得るための弛緩熱処理方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、ポリエステルフィルムを弛緩熱処理する方法において、ポリエステルフィルムの走行域の上部に加熱ゾーン、その下部に冷却ゾーンが形成され且つ熱風を吹き出さないオーブン内で二軸延伸ポリエステルフィルムを懸垂した状態で式（１）に示される最高温度Ｔｍａｘに到達させ、該フィルムをオーブン内に過供給することによって弛緩させ、オーブン出口でのフィルム温度Ｔｆを式（２）を満足する範囲とすると共に、オーブン内部の前記冷却ゾーンから前記加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度Ｔａｉと、その流速Ｖａｉが式（３）および式（４）を満足することを特徴とする二軸延伸ポリエステルフィルムの熱処理方法により達成できる。
【０００７】
【数４】
Ｔｇ＋５０≦Ｔｍａｘ≦Ｔｇ＋１５０・・・式（１）
Ｔｇ−３０≦Ｔｆ≦Ｔｇ＋７０・・・・・・式（２）
Ｔｇ−５０≦Ｔａｉ≦Ｔｇ＋５０・・・・・・式（３）
０．０２≦Ｖａｉ≦５．０・・・・・・・・・式（４）
（式（１）および式（２）で、Ｔｍａｘはオーブン内のフィルム最高温度（℃）、Ｔｇは二軸延伸フィルムを構成するポリエステルのガラス転移温度（℃）、Ｔｆはオーブン出口でのフィルム温度（℃）を表わし、式（３）および式（４）で、Ｔａｉは冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度（℃）、Ｖａｉは冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の流速（ｍ／ｓ）、Ｔｇは二軸延伸フィルムを構成するポリエステルのガラス転移温度（℃）をそれぞれ表わす。）
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
図１は本発明の１つの実施形態を表す弛緩熱処理装置の１例である。図１で、１は予熱ロール、２は二軸延伸ポリエステルフィルム、３は熱処理オーブン、４〜６は冷却ロール、７は赤外線ヒーター、８は放射温度計、９は温度測定用穴、１０は張力検出用ロール、１１は加熱ゾーン、１２は冷却ゾーン、１３は仕切り板、１４は空気排出スリット、Ｔｆはオーブン出口でのフィルム温度である。
【０００９】
図２は懸垂状態のフィルムと、水平状態のフィルムの張力のかかり方の比較説明図である。図２で、２１a、２１b、２２a、２２bはガイドロールである。Ｔｖは懸垂状態のフィルムのスパン上端での張力、Ｗはフィルムの自重、Ｔｈは水平状態のスパン両端での張力である。
【００１０】
図３はエアフロート法による水平フィルムの搬送状態の説明図である。図３で、３１はエアフロートノズルである。
【００１１】
本発明で言う懸垂した状態でフィルムを走行させるというのは、図１に示したように予熱ロールから冷却ロールに向かって、重力方向に走行させることである。重力方向に走行させることで、実質的にはフィルム自重の処理張力への影響を小さくすることができる。例えば、ある一定スパンのフィルムの重量をＷとすると、懸垂状態のフィルムのスパン上端での張力Ｔv＝Ｗであり、水平状態のスパン両端での張力Ｔh＝Ｗ／（２・sinθ）である。ここでθはスパン端部でのフィルムの水平からの角度である。θ＞３０°なら水平状態のほうが張力が小さくなるが、大きく垂れ下がった状態ではフィルムを安定走行させることは困難なため、エアフロートノズル等によって僅かに上下に波打った状態で走行させるのが現実的である（図３）。その場合θは大きくとも１０°以下であり、張力的には懸垂状態が有利である。またエアフロート法は低張力下では走行フィルムが蛇行し、安定な熱処理が困難である。これに対し懸垂状態の走行は、重力と走行方向が同一のため低張力下でも安定してフィルムを搬送することが可能である。
【００１２】
弛緩熱処理時のフィルムの最高温度（Ｔｍａｘ）は、Ｔｇ＋５０〜Ｔｇ＋１５０の範囲である。この温度範囲以下では低熱収縮率化が困難となり、これより高い温度では平面性を乱しやすく、ともに発明の目的が達成できない。
【００１３】
このＴｍａｘの温度範囲で、その上限はＴｇ＋１３０℃であることが好ましく、Ｔｇ＋１１０℃であることがさらに好ましい。また、Ｔｍａｘの下限はＴｇ＋６５℃であることが好ましく、Ｔｇ＋８０℃であることがさらに好ましい。ポリエステルがポリエチレンテレフタレートの場合は、上記フィルムの最高温度（Ｔｍａｘ）は、通常１２０℃以上２２０℃以下の範囲であり、好ましい上限は２００℃、特に好ましい上限１８０℃、好ましい下限は１３５℃、特に好ましい下限は１５０℃である。
【００１４】
フィルムの加熱はフィルムに熱風を吹き付ける方法は、フィルムのバタツキを誘発し好ましくないため、赤外線ヒーターのような輻射熱によって加熱するのが好ましい。熱収縮の幅方向分布を小さくするため、幅方向に複数のヒーターを並べて幅方向の温度分布を制御することが好ましい。
【００１５】
フィルムの平面性を乱す最大の要因は、フィルムに波シワが入った状態で急激に冷却されることでシワが固定されることである。この急冷を防ぐために冷却ロールと冷却ロールに触れる直前のフィルムの温度差を小さくすること必要であり、さらに高い速度で熱処理をするためにはオーブン内の冷却効率を上げ、オーブン出口のフィルム温度Ｔｆを式（２）の範囲に収めるのが有効である。ＴｆはポリエステルフィルムのＴｇ−３０℃からＴｇ＋７０℃の温度ならば、オーブン以降の工程で熱収縮率が増加したり平面性が悪化することを抑えることができる。この範囲を下回らせるためには冷却過程に非常に長い時間を要し生産性が上がらないし、この範囲を上回ると前述のように製品の平面性を悪化させる原因となる。Ｔｆの温度範囲で、その上限はＴｇ＋５０℃であることが好ましく、Ｔｇ＋３０℃であることがさらに好ましい。また、Ｔｆの下限はＴｇ−１０℃であることが好ましく、Ｔｇであることがさらに好ましい。
【００１６】
懸垂状態のフィルムを走らせる縦向きのオーブンには加熱空気の上昇気流が生じるとともに、フィルムの随伴流によって加熱ゾーンで高温空気が冷却ゾーンに運ばれる。オーブン内の冷却効率を上げるには、オーブンの下端から吸い込まれる低温の空気を加熱ゾーンへ通過させずに、冷却ゾーン内に循環させること、加熱ゾーンからのフィルム随伴流をカットすることが有効である。加熱ゾーンから冷却ゾーンに向ってながれる空気の温度Ｔａｉを式（３）の範囲内とし、加熱ゾーンから冷却ゾーンにみ向ってながれる空気の流速Ｖａｉを式（４）の範囲内に収めることによって、オーブン出口のフィルム温度を式（２）の範囲内にすることができる。Ｔａｉの温度範囲で、その上限はＴｇ＋３０℃であることが好ましく、Ｔｇ＋１０℃であることがさらに好ましい。また、Ｔａｉの下限はＴｇ−３０℃であることが好ましく、Ｔｇ−１０℃であることがさらに好ましい。更にＶａｉの範囲で、その上限は３．０ｍ／ｓであることが好ましく、１．５ｍ／ｓであることがさらに好ましい。また、Ｖａｉの下限は０．１ｍ／ｓであることが好ましく、０．２ｍ／ｓであることがさらに好ましい。
【００１７】
これらＴａｉ、Ｖａｉを得るための具体策として、加熱ゾーンと冷却ゾーン間に仕切り板を設けること、加熱ゾーンと冷却ゾーンの間から加熱された空気を排出すること、またはこれらを併用するのが有効である。
【００１８】
低熱収のフィルムを得る条件は、張力Ｆが式（７）の範囲内であることが好ましい。この範囲を下回るとロール搬送系でフィルムが蛇行し安定に処理ができないことがあり、この範囲を上回ると低熱収のフィルムを得ることができないことがある。フィルム単位断面積当たりの熱処理張力は通常、０．０４〜０．６０Ｍｐａであればよい。この熱処理張力の範囲で、その上限は０．４０ＭＰａであることが好ましく、０．２０ＭＰａであることがさらに好ましい。また、熱処理張力の下限は０．０８ＭＰａであることが好ましく、０．１０Ｍｐａであることがさらに好ましい。
【００１９】
上記のような張力を得るために、フィルムを過供給し弛緩させることが必要である。フィルムを弛緩熱処理する際の過供給率（Ｄ）とは、引き取り速度に対する供給速度の比であり、次式で示される。
【００２０】
【数６】
Ｄ＝（供給速度−引き取り速度）／供給速度×１００（％）
【００２１】
フィルムの張力をオンラインで測定し制御しても良いが、低張力域でのフィルム張力制御は安定させるのが難しいため、過供給率を設定し張力をモニターするのが実用的である。低熱収フィルムを得るには、Ｄ＞０でかつ、Ｓ−０．３≦Ｄ≦Ｓ＋０．３であればよく、Ｓ−０．１≦Ｄ≦Ｓ＋０．１であればより好ましい。ここでＳは熱処理前のフィルムの最高温度Ｔｍａｘでの縦方向の熱収縮率である。
【００２２】
二軸延伸ポリエステルフィルムを熱処理する際には温度、張力とともに、熱処理の時間も熱収縮に影響を及ぼす。熱処理時間は、熱処理時のフィルム最高温度Ｔｍａｘ−２０℃〜Ｔｍａｘの範囲に１〜６０秒間保持すれば良く、好ましくは２〜３０秒、さらに好ましくは４〜１０秒がよい。
【００２３】
本発明におけるポリエステルとは、芳香族二塩基酸またはそのエステル形成性誘導体とジオールまたはそのエステル形成性誘導体とから合成される線状飽和ポリエステルである。ポリエステルの具体例として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート等が例示でき、これらの共重合またはこれらと小割合の他樹脂とのブレンド物等も含まれる。
【００２４】
ポリエステルには、フイルムの滑り性、加工性などの点から滑剤例えば炭酸カルシウム、カオリン、シリカ、酸化チタン、アルミナ、架橋ポリスチレン粒子、シリコン樹脂粒子などの添加微粒子及び（または）触媒残渣の析出微粒子等を含有させることが好ましい。また、他の添加剤例えば顔料、安定剤、紫外線吸収剤等を必要に応じて含有させることができる。
【００２５】
本発明で用いる二軸延伸・熱固定したポリエステルフイルムは、従来から知られている方法で製造することができる。例えば、上記ポリエステルを乾燥後ポリマー融点（Ｔｍ℃）ないし（Ｔｍ＋７０）℃の温度で溶融し、ダイ（例えばＴ―ダイ、Ｉ―ダイ等）から冷却ドラムに押出し、急冷して固有粘度０．３５〜０．９ｄｌ／ｇの未延伸フイルムを得、該未延伸フイルムを縦方向に（Ｔｇ−１０）〜（Ｔｇ＋７０）℃の温度（ただし、Ｔｇはポリエステルのガラス転移温度である）で２．５〜５．０倍の倍率で延伸し、次いでステンターにて横方向にＴｇ〜（Ｔｇ＋７０）℃の温度で２．５〜５．０倍の倍率で延伸し、更に（Ｔｇ＋７０）℃〜Ｔｍ℃の温度で熱固定することで製造することができる。また、ポリエチレンテレフタレートフイルムについては１９０〜２４０℃で熱固定するのが好ましい。熱固定時間は１〜６０秒が好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに説明する。尚、特性値は以下の方法により測定した。
【００２７】
（１）１２０℃熱収縮率
低張力熱処理後の支持体を、測定方向２５０ｍｍ×幅５０ｍｍに裁断する。これに２００ｍｍ間隔に孔を２点開け、２５℃６０％ＲＨで１２時間以上調湿後ピンゲージを用いて測定する（この長さをＬ1 とする）。この後１２０℃に加熱した厚み１０ｍｍの平滑なステンレス板に１５秒間押しつける。この後２５℃６０％ＲＨで１２時間以上調湿後再びピンゲージを用いて測長する（この長さをＬ2 とする）。下記式に基づき熱寸法変化率を求める。
【００２８】
【数７】
１２０℃熱収縮率（％）＝１００×（Ｌ2 −Ｌ1 ）／Ｌ1
これを支持体の幅方向に５等分した点において測定する。この平均値をＭＤ方向の１２０℃熱収縮率とし、５点の最大値と最小値の差の絶対値を１２０℃熱収縮量率のレンジとする。
【００２９】
（２）１５０℃熱収縮率
測定方向３５０ｍｍ、幅５０ｍｍのサンプルを切り出し、該サンプルの長手方向の両端近傍３００ｍｍ間隔に標点を付け、１５０℃の温度に調整されたオーブンに自由端で３０分放置する。これを取り出し室温で調整後、標点間距離を測長（この長さをＬ3 （ｍｍ）とする）し、下記式にて熱収縮率を求める。
【００３０】
【数８】
１５０℃熱収縮率（％）＝１００×（３００−Ｌ3 ）／３００
【００３１】
（３） フイルムの平面性
幅１０００ｍｍ、長さ２５００ｍｍのサンプルを切り出し、このサンプルを平板上に広げて波打ち、盛り上がりの状態を限度見本と照らし合わせて目視により評価した。
【００３２】
（４） オーブン内のフィルム温度
オーブンの壁面に内部のヒーターの影響を受けない位置に測定用の穴を概略０．５ｍピッチにあけ，そこから内部フィルムの温度を放射温度計で測定した。測定時以外は穴に蓋をすることでオーブン内の温度が冷えないようにした。
【００３３】
（５） フィルム張力
オーブンをでてから冷却ロールまでの位置にロードセル付きのガイドロールを設置し、張力を測定した。該ガイドロールは張力測定時のみフィルムに接触させ、不使用時は退避する構造とした。
【００３４】
（６） ガラス転移温度（Ｔｇ）
試料１０ｍｇをパーキンエルマー社製のＤＳＣ装置（示差走査熱量計）にセットし、試料を３００℃の温度で５分間溶融した後、液体窒素中で急冷し、この急冷試料を１０℃／分で昇温してガラス転移点Ｔｇを測定した。
【００３５】
［実施例１］
固有粘度（ｏ−クロロフェノール溶液にて３５℃で測定）０．６５ｄｌ／ｇのポリエチレンテレフタレート（Ｔｇ：７０℃）のペレットを１８０℃で５時間乾燥した後に、２７０〜３００℃に加熱された押出機に供給し、押し出し成形ダイによりシート状に成形した。さらにこのフィルムを表面温度２５℃の冷却ドラム上に静電気で密着固化させ、未延伸フィルムを得た。次いで未延伸フィルムを、８０〜１００℃の加熱ロール群で加熱し縦方向に３．４倍一段階で縦延伸し、２０〜５０℃のロール群で冷却し、続いて、テンタへ導き、該フィルムの両端をクリップで把持しながら、９０℃に加熱された熱風雰囲気中で予熱し、９５℃の熱風雰囲気中で横方向に３．６倍に横延伸した。
【００３６】
こうして二軸延伸されたフィルムをそのまま、テンタ中で引続き、２３５℃の熱処理を行い、熱処理後一旦１８０℃まで冷却後、熱風を吹き出さないゾーンにて熱固定されたフィルムのエッジ部を切り放した後、引き取り速度を１．５％減じて弛緩し、１８０℃から１１０℃までの徐冷しテンタから取出し、室温で自然に９０℃まで冷えたフィルムを７５℃の引き取りロールで引き取り、室温〜５０℃の領域まで冷えたフィルムを巻き取った。得られた厚さ１００μmの二軸延伸フィルムの１５０℃熱収縮率は縦方向が０．４％，横方向が０．１％であった。また１５０℃熱収縮率測定と同様の方法で１２０℃の熱収縮率を測定すると、縦方向が０．２０％、横方向が０．１０％であった。
【００３７】
得られた二軸延伸フィルムを１５００ｍｍ幅にスリットし、図１に示した本発明の方法によって弛緩熱処理を行った。オーブン３の長さが４ｍ、フィルム２の搬送速度２０m/min、予熱ロール温度を調整することで、予熱ロール１から離れた直後のフィルム温度を１２０℃とし、オーブン内に設けた赤外線ヒーター７の温度を調整することで、オーブン３内でフィルムの最高温度を１５０℃とした。オーブンの加熱ゾーンと冷却ゾーンの間に仕切り板１３を設け、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度を８０℃、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の流速を１．０ｍ／ｓとし、オーブン３出口でのフィルム温度を１１０℃とした。仕切り板の先端とフィルムとの距離は２０ｍｍにセットした。空気排出スリットは出口を塞いでおいた。放射温度計８によってオーブン外から温度測定用穴９を通してフィルム温度を測定すると、オーブン内でフィルムが１３０〜１５０℃の範囲になっている時間は３．０秒であった。フィルムの過供給率Ｄ＝０．４６％とし、その時の冷却ロール直前でのフィルム縦方向張力は０．１０ＭＰａであった。フィルム自重を加味すると最高温度での張力Ｆは０．１６ＭＰａであった。その後フィルムを表面温度９５℃の冷却ロール４、表面温度８０℃の冷却ロール５、表面温度６５℃の冷却ロール６に順次接触させ、多段階に冷却した。冷却ロール５直前のフィルム表面温度は９３℃、冷却ロール６直前のフィルム表面温度は７８℃であった。
【００３８】
得られた熱処理フィルムの１５０℃熱収は縦方向が０．０６％，横方向が０．０４％、１２０℃熱収は縦方向が０．０２０％、横方向が−０．０２７％と良好であり、平面性も良好レベルであった。
【００３９】
［実施例２］
オーブンの加熱ゾーンと冷却ゾーンの間に実施例１と同様な仕切板１３を設けるとともに、仕切板の下部にオーブン全幅にわたる幅１０ｍｍの空気排出スリット１４から加熱空気を排出することで、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度を８０℃、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の流速を０．４ｍ／ｓとし、オーブン３出口でのフィルム温度を１０５℃とした。それ以外は実施例１と同様な条件で弛緩熱処理を行った。
【００４０】
得られた熱処理フィルムの１５０℃熱収は縦方向が０．０７％，横方向が０．０４％、１２０℃熱収は縦方向が０．０２５％、横方向が−０．０２５％と良好であり、平面性も良好レベルであった。
【００４１】
［比較例１］
オーブンの加熱ゾーンと冷却ゾーンの間の仕切り板を取り外し、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度が１５０℃、冷却ゾーンから加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の流速が６ｍ／ｓであり、オーブン３出口でのフィルム温度が１４５℃であった。それ以外は実施例１と同様な条件で弛緩熱処理を行った。冷却ロール４の直前のフィルム温度は１３５℃になっており、冷却ロール４上で急冷による波シワが発生し固定された。
【００４２】
得られた熱処理フィルムの１５０℃熱収は縦方向が０．０９％、横方向が０．０２％、１２０℃熱収は縦方向が０．０７０％、横方向が−０．０３７％であり、サンプリング位置によって熱収値にばらつきが見られ、製品として出荷できないものであった。また熱処理後の製品には縦方向の波シワが固定されており、平面性は出荷不可レベルであった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の二軸延伸ポリエステルフィルム製造方法によれば、平面性が良好で、熱寸法安定性に優れた二軸延伸ポリエステルフィルムを効率よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態を表す弛緩熱処理装置の１例である。
【図２】懸垂状態のフィルムと、水平状態のフィルムの張力のかかり方の比較説明図である。
【図３】エアフロート法による水平フィルムの搬送状態の説明図である。
【符号の説明】
１：予熱ロール
２：二軸延伸ポリエステルフィルム
３：熱処理オーブン
４〜６：冷却ロール
７：赤外線ヒーター
８：放射温度計
９：温度測定用穴
１０：張力検出用ロール
１１：加熱ゾーン
１２：冷却ゾーン
１３：仕切り板
１４：空気排出スリット
Ｔｆ：オーブン出口でのフィルム温度
２１a、２１b、２２a、２２b：ガイドロール
Ｔｖ：懸垂状態のフィルムのスパン上端での張力
Ｔｈ：水平状態のスパン両端での張力
Ｗ：フィルムの自重
３１：エアフロートノズル
Claims (6)
- ポリエステルフィルムを弛緩熱処理する方法において、ポリエステルフィルムの走行域の上部に加熱ゾーン、その下部に冷却ゾーンが形成され且つ熱風を吹き出さないオーブン内で二軸延伸ポリエステルフィルムを懸垂した状態で式（１）に示される最高温度Ｔｍａｘに到達させ、該フィルムをオーブン内に過供給することによって弛緩させ、オーブン出口でのフィルム温度Ｔｆを式（２）を満足する範囲とすると共に、オーブン内部の前記冷却ゾーンから前記加熱ゾーンへ向かって流れこむ空気の温度Ｔａｉと、その流速Ｖａｉとを式（３）および式（４）を満足させることを特徴とする二軸延伸ポリエステルフィルムの熱処理方法。
- 加熱ゾーンと冷却ゾーンの間に仕切り板を設ける請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルムの熱処理方法。
- 前記加熱ゾーンと前記冷却ゾーンの間からオーブン内を上昇する加熱空気を排出することを特徴とする請求項１または２に記載の二軸延伸ポリエステルフィルムの熱処理方法。
- 走行する二軸延伸ポリエステルフィルムを弛緩熱処理する際の過供給率が式（５）および式（６）を満足する請求項１乃至３のいずれかに記載の二軸延伸ポリエステルフィルムの熱処理方法。
- 走行する二軸延伸ポリエステルフィルムを弛緩熱処理する際の、フィルムが最高温度に達した位置での単位断面積当たりのフィルム縦方向張力が、式（７）を満足する請求項１乃至４のいずれかに記載の二軸延伸ポリエステルフィルム熱処理方法。
- 走行する二軸延伸ポリエステルフィルムを弛緩熱処理する際、フィルムの温度がＴｍａｘ−２０（℃）からＴｍａｘ（℃）の範囲に、１〜６０秒間保持される請求項１乃至５のいずれかに記載の二軸延伸ポリエステルフィルム熱処理方法。
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