JP3726225B2 - インフレーションフィルムの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜化された高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法に関すものであり、より詳しくは、厚さが１μｍ以上１０μｍ未満であり、極限粘度［η］が４ｄｌ／ｇ以上である引張強度に優れた高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子量ポリエチレンは、汎用ポリエチレンに比べ、耐衝撃性、耐磨耗性、耐薬品性、引張強度等に優れており、エンジニアリングプラスチックとしてその用途が拡がりつつある。しかしながら汎用ポリエチレンに比較して溶融粘度が極めて高く流動性が悪いため、通常の押出成形や射出成形によってフィルム等を成形することは非常に難しく、そのほとんどは圧縮成形によっており、一部ロッド等が極く低速で押出成形により製造されているのが現状であった。
【０００３】
高分子量ポリエチレンフィルムの製造方法としては、例えば、特公昭４８−１１５７６号公報に、高分子量ポリエチレン粉末を焼結した後、ポリエチレンの融点以上の温度に加熱して、２枚のベルト間で加熱、圧着、冷却してフィルムを製造する方法が開示されている。また、特開昭５３−４５３７６号公報には、焼結して得た高分子量ポリエチレンシートを二次転移点以上ないし融点未満の温度範囲で加圧ロールで配向させる方法等が提案されている。前記方法で得られるフィルムは良好な外観を有するが、フィルムが厚いという欠点があった。
【０００４】
本出願人は、本発明に先立って、高分子量ポリオレフィンに多量の可塑剤を混合して押し出し成形し、二軸延伸フィルムを製造する方法（特公平４−１６３３０号公報）を提案した。しかしながら、この場合、用途によっては得られたポリオレフィンフィルムから可塑剤を抽出除去する必要がある。
さらに本出願人は、マンドレルが押出機のスクリューの回転に伴って回転するチューブダイを用いてインフレーションフィルムを製造する方法（特公平６−５５４３３号公報）を提案したが、この方法では、押し出されるチューブ状のフィルムが横向きになるために、上部が薄く、下部が厚くなりがちで、上部と下部で偏肉を生じ易いという問題があった。
この問題を解決するため、さらに本出願人は、押出機のスクリューと独立して回転するスクリューダイを押出機の先端に立設し、スクリューダイ内のマンドレルの回転によりインフレーションフィルムを製造する方法（特開平９−１８３１５６号）を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記方法により、比較的偏肉を生じにくいインフレーションフィルムを製造することが可能となったが、スクリューの回転に応じてマンドレルの回転数を上げ、生産速度を上げると摩擦によりポリオレフィンが劣化するという問題が派生する。さらに、ポリオレフィンのフライトマークを消すためにマンドレルを長くせざるを得ないという問題もある。
しかも、種々の用途に応じてインフレーションフィルムの引張強度、衝撃強度等の力学的性質や膜厚等を調節することが要請されるが、特に薄膜化に対しては、前記方法では十分対応できなかった。
【０００６】
本発明の目的は、今まで成形することが困難であった高分子量ポリオレフィンの薄膜インフレーションフィルムの製造方法を提供すること、特に薄膜にもかかわらず、引張強度の高いインフレ−ションフィルムの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために提案されたものであって、マンドレルが押出機の第１スクリューと独立して回転する少なくともＬ／Ｄが５の第２スクリューを有するスクリュ−ダイを用いて、マンドレルを可及的低速で回転させることを可能にしたインフレ−ションフィルム成形装置を用い、特定原料を使用し、特定の温度条件のもとにポリオレフィンを溶融成形することに特徴があり、これによって得られたインフレーションフィルムは、１μｍ以上１０μｍ未満という非常に薄膜であるにもかかわらず、引張強度等に優れるという特性を有するものである。
【０００８】
本発明によれば、極限粘度［η］が４ないし１０ｄｌ／ｇで、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．５以上の高分子量ポリオレフィン粉末を、押出機で該高分子量ポリオレフィンの融点Ｔｍ（℃）に対して、
Ｔｍ＋１．５ [ η ] 2 −７．４［η］＋６０
を上回らない温度で溶融し、押出機と連結するスクリューダイに供給し、次いでマンドレルが押出機の第１スクリューと独立して回転する少なくともＬ／Ｄが５の第２スクリューをもつスクリューダイから溶融状態の高分子量ポリオレフィンを押し出した後、成形された溶融状態のチューブ状フィルムの内部に気体を吹き込み、膨張させることを特徴とする、厚さが１μｍ以上１０μｍ未満であり、極限粘度［η］が４ｄｌ／ｇ以上である高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．５以上であることを特徴とする前記高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法が提供される。
また、本発明によれば、前記高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの少なくとも一方向の引張強度が７０ＭＰａ以上であることを特徴とする前記高分子量ポリオレ フィンインフレーションフィルムの製造方法が提供される。
また、本発明によれば、前記高分子量ポリオレフィンが高分子量ポリエチレンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のインフレーションフィルムは以下の製造装置によって製造される。
すなわち、本発明のスクリューダイは、押出機の第１スクリューとは別個に第２スクリューを備えており、第２スクリュー先端に連結されたマンドレルが第２スクリューの回転と共に回転するように構成されていて、しかも、押出機の第１スクリューとスクリュ−ダイの第２スクリューとが任意の回転数で独立して回転し、第２のスクリューの回転数を第１スクリューの回転数よりも低く設定できるようになっている。このため、インフレーションフィルムの引張強度、衝撃強度等の力学的性質や、縦延伸倍率、膜厚等を幅広い範囲にわたって調整できるようになる。
【００１１】
また、このインフレーションフィルム製造装置に、マンドレルの先端に安定棒を設けることにより、チューブ状に押出された溶融状態の高分子量ポリオレフィンの、エアリングから吹き出される空気圧による横揺れが防げるので、膨張したフィルムの膜厚精度が一層向上する。したがって本発明の装置を用いて製造されたインフレーションフィルムの円周方向の膜厚の最大値と最小値の差は、５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下に調整できる。
【００１２】
本発明に係るインフレーションフィルム製造装置を図面に基づいて説明する。 図１に示す如く、溝付シリンダー２と、圧縮比が１ないし２．５、好ましくは、１．３ないし１．８の範囲の第１スクリュー３とを有する押出機１を備えており、この第１スクリュー３の先端部には、トーピド１０がネジによって連結されている。このトーピド１０は、第１スクリュー３の先端部でポリオレフィンが滞留するのを防ぐため、円錐状に形成することが好ましい。なお、前記インフレーションフィルムの製造装置では、溝付きシリンダー２の溝部２Ａにより、高分子量ポリオフィン粉末が押出機前方へ安定して供給されるようになっている。
【００１３】
トーピド１０の先端、すなわち、溶融ポリオレフィンの流れ方向下流側には、スクリューダイ２０が、その軸線をトーピド１０の軸線方向と直交する方向へ向けた状態で設けられている。このスクリューダイ２０は、トーピド１０と対向する位置に第２スクリュー２１を備えており、この第２スクリュー２１は、駆動手（図示せず）によって、第１スクリュー３とは、独立に回転されるようになっている。
【００１４】
第２スクリュー２１は、図１の上方へいくに従って、次第に縮径する略円柱状のスペースが形成された中空状のアウターダイ２２を備えており、このアウターダイ２２のスペースにマンドレル２３が挿通されている。このマンドレル２３は第２スクリュー２１の先端部（上端部）に固着されており、第２スクリュー２１と共に回転されるようになっている。
また、第２スクリュー２１の内部及びマンドレル２３の内部には気体流路２４が形成されている。この気体流路２４は、第２スクリュー２１の下端から金属シャフトを通って安定棒２６の先端まで形成されている。
【００１５】
前記スクリューダイ２０は、Ｌ／Ｄが５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは１５ないし７０であり、第２スクリュー先端部２０Ａのポリオレフィン流路の断面積Ｓ１とスクリューダイ中間部２０Ｂのポリオレフィン流路の断面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が０．５ないし２．０、好ましくは０．８ないし１．５とする。また、前記Ｓ２とスクリューダイ出口２０Ｃのポリオレフィン流路の断面積Ｓ３との比（Ｓ２／Ｓ３）が１．５ないし１０．０、好ましくは２．０ないし６．０の範囲にある。
また、Ｓ１／Ｓ２は、０．５ないし２．０の範囲であれば特に問題はないが、Ｓ２／Ｓ３の比が１．５未満では、溶融ポリオレフィンが完全に均一状態にならず、一方、１０を越えると、樹脂圧が過大となり、チューブ状フィルムの押出成形が困難となる。
【００１６】
スクリューダイ２０の流路は前述の如く、基本的には、スクリューダイ出口２０Ｃに向かって流路面積が狭くなる。すなわち、テーパダイであるが、スクリューダイ上端部（２０Ｃより上部）は、流路面積が変化しない、いわゆるストレートであることが成形品の寸法精度を高度に保持することができるので好ましい。なお、ストレート部は、通常Ｌ／Ｄが０．１ないし５．０程度である。
【００１７】
本発明に用いられるインフレーションフィルム製造装置は、前記構成を備えていることが重要であり、スクリューダイ２０の下流側には、スクリューダイ２０から押し出された溶融状態のチューブ３０をエアリング２５で冷却した後、気体流路２４を通して、空気等の気体により膨比６倍以上に膨張させ、厚さ１μｍ以上１０μｍ未満のインフレーションフィルム３１とし、それを折り畳んだ後、引取る安定板、ピンチロール、引取機（いすれも図示せず）等、公知のインフレーションフィルム成形機が具備する装置を備えている。
【００１８】
また、必要に応じて、アウターダイ２２の上端部内方へ安定棒２６が、エアーリング２５、さらには、防風筒２７を挿通した状態で設けられており、安定棒２６は、金属シャフトとシャフトに遊嵌されたパイプ形状物から構成され、金属シャフトは、マンドレルの先端とネジにより連結されている。金属シャフトは第２スクリュー２１の回転に同調して回転するが、パイプ形状物はシャフトに遊嵌されているので、パイプ形状物の外表面に接触しながら直線的に押出される溶融状態のチューブ３０をねじることはない。
【００１９】
前記インフレーションフィルム製造装置の押出機１から押出された溶融ポリオレフィンは、スクリューダイ２０の第２スクリュー２１に受け止められる。また、上記第２スクリュー２１の回転数は押出機１の図１に示す圧力計１１で示される圧力の値が一定範囲となるように設定されている。スクリューダイ２０から押出された溶融状態のチューブ３０は、押出し速度よりも速い速度で引き取られる。次いで、気体流路２４を経て安定棒２６の先端から放出される気体により所定の膨比に膨張されてインフレーションフィルムが得られる。
【００２０】
本発明においては、アウターダイ入口部２０Ａからスクリューダイ出口２０Ｃまでの長さと、スクリューダイ出口２０Ｃにおけるアウターダイ２２の内径との比、つまり、スクリューダイのＬ／Ｄが５以上、好ましくは、１５以上、更に好ましくは２０ないし７０であることが重要である。Ｌ／Ｄが５未満のスクリューダイでは、ダイより押出される前にポリオレフィンが完全に均一融合された溶融物とならないため、ダイから押出されたチューブ状フィルムの内部に空気を吹き込んだ際にチューブが均一に膨らまなかったり、破れたりして良好なフィルムが得られないことがある。一方、Ｌ／Ｄの上限は、特に限定されないが、実用上７０以下が好ましい。なお、スクリューダイのＬ／Ｄは生産性と相関関係があり、Ｌ／Ｄが大きい方が成形速度を上げることができる。
【００２１】
本発明においては、前記装置を用い、後記の特定温度で高分子量ポリオレフィンを溶融成形するが、その成形温度は、原料として用いる高分子量ポリオレフィンの極限粘度［η］に応じて次式
Ｔm ＋１．５［η］2 −７．４［η］＋６０
で計算される温度（℃）を上回らないことが求められる。
すなわち、上式は、高強度の高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形するための上限となる成形温度を、高分子量ポリエチレンの融点Ｔm と極限粘度［η］に関する式で表すもので、実験的に求められたものである。したがって、高分子量ポリオレフィンが押出機内のいずれかにおいて、これを越える温度に加熱されると、高分子量ポリエチレンの劣化が激しくなり、極限粘度［η］が大きく低下し、得られるフィルムの機械的物性が悪化する。さらに、成形温度よりもかなり低温のスクリューダイ出口温度は、フィルムの成膜性から決まるものであるから、成形温度が高いとダイ出口までの間に長い冷却ゾーンが必要となり、成形速度が上げられなかったり、より大型の装置が必要となったりする。具体的には押出機内の適宜位置の温度を上記温度を越えないように設定する。
【００２２】
一方、成形温度の下限としては、高分子量ポリオレフィンの融点Ｔｍ（℃）、好ましくはＴｍ＋２０℃、さらに好ましくは次式
Ｔｍ＋０．６５ [η]2−２．６［η］＋２０
で計算される温度（℃）である。成形温度が融点よりも低い場合、ダイ内でポリオレフィンの閉塞現象が生じやすくなり、装置破損の原因となる。また、成形温度が融点以上であっても、該実験式で計算される温度よりも低くなりすぎると、スクリューフライトマークが消えにくくなり、成形性が悪化する傾向が見られる。
【００２３】
チューブ状フィルムの内部に吹き込む前記の気体は、通常、空気であるが、窒素等を用いても良い。また、溶融状態のチューブ状フィルムの内部に気体を吹き込む場合には、膨比を６以上、好ましくは６ないし２０倍、特に７ないし１２倍とするのが好ましい。膨比が６未満では、横方向（ＴＤ）の厚みが不均一になる傾向があるばかりでなく、横方向の配向が向上せず、引張強度等の機械的物性を向上させることが困難となる場合があり、一方、膨比が２０倍を越えると、フィルムが白濁したり、破裂現象を生じる傾向にある。
【００２４】
本発明においては、縦延伸倍率を７倍以上、好ましくは７ないし４０倍、特に好ましくは８ないし３０倍とする。縦延伸倍率が７倍未満では、バルーン（膨張チューブ）が揺れる傾向があり、結果的に縦方向（ＭＤ）、横方向（ＴＤ）の厚みが不均一になるばかりでなく、機械的特性のバラツキが大きくなることがある。一方、縦延伸倍率が４０倍を越えると、フィルムが破裂現象を生じる傾向がある。
本発明において、膨比とは、スクリューダイ出口における膨張前チューブの円周長さと、膨張後のチューブの円周長さとの比を言い、縦延伸倍率とは、ダイからのポリオレフィンの流出速度（線速度）に対するピンチロールの引き取り速度との比をいう。
【００２５】
膨張させたフィルムの冷却は、フィルムの外部をブロアー（送風機）を具備したエアリングから均一に吹き出される気体によって行うか、またはフィルムに密着する水冷あるいは空冷式の冷却リングによっても行うこともできる。冷却後のフィルムは常法、すなわち、安定板で次第に折り畳まれ、次にピンチロールで２枚合わせのフラットなフィルムとなり、製品巻取機に巻き取られる。
なお、本発明によって得られたフィルムは、ヒートセットにより、熱収縮率を１０％未満程度に下げることができる。
【００２６】
本発明で用いられる高分子量ポリオレフィンとは、エチレン、プロピレン、および炭素数４ないし８のα−オレフィンを、例えばチーグラー系触媒を用いたスラリー重合により、単独もしくは二つ以上の組み合わせで重合して得られる。好ましい共重合体はエチレンと少量のプロピレンもしくは炭素数４ないし８のα−オレフィンの単独ないし二つ以上の組み合わせによる共重合体である。エチレン共重合体の場合、共単量体の量は５モル％以下が好ましい。これらの中で特に好ましいのはエチレンの単独重合体である。
【００２７】
前記高分子量ポリオレフィンとしては、デカリン溶媒中１３５℃で測定した極限粘度［η］が４ないし１０ｄｌ／ｇ、好ましくは４ないし９ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは４ないし８ｄｌ／ｇが用いられる。極限粘度［η］が４ｄｌ／ｇ未満のものは、引張強度等の機械的強度が充分でないおそれがある。また、溶融粘度が低いため、スクリューダイ中で超高分子量ポリオレフィンの溶融物とマンドレルの共廻りによるねじれや、マンドレルのみによる偏肉が生じやすく、均一なフィルムが得られがたく、成形性が劣る。
【００２８】
極限粘度［η］の上限は、１０ｄｌ／ｇ、好ましくは９ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは８ｄｌ／ｇである。極限粘度が１０ｄｌ／ｇを越えるものは、溶融粘度が高いため、成形温度を上げざるをえず、その結果、前記したように、ポリオレフィンの劣化が激しくなり、極限粘度［η］が大きく低下し、得られるフィルムの機械的物性が悪化する。さらに、ダイ出口までの間に長い冷却ゾーンが必要となり、成形速度が上げられなくなり、より大型の装置が必要となる。
【００２９】
また、前記高分子量ポリオレフィンは、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．５以上、好ましくは３．５ないし１５未満、さらに好ましくは３．５ないし１０以下である。Ｍｗ／Ｍｎが３．５未満であると前記成形温度での薄膜成形が困難となるおそれがある。また、Ｍｗ／Ｍｎが１５以上であると引張強度等の力学的物性が達成されないおそれがある。さらに極限粘度［η］が低い場合、分子量分布が広いため、低分子量側のポリオレフィンに影響され、溶融粘度が低くなるため、スクリューダイ中で高分子量ポリオレフィンの溶融物とマンドレルの共廻りによるねじれや、マンドレルのみによる偏肉が生じやすく、均一なフィルムが得られがたく、成形性が劣るおそれがある。
【００３０】
本発明により得られる高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの厚さは１μｍ以上１０μｍ未満、好ましくは３μｍ以上１０μｍ未満、さらに好ましくは５μｍ以上１０μｍ未満である。
また、極限粘度［η］は、成形により大きく分子量が低下しないため、４ないし１０ｄｌ／ｇ、好ましくは４ないし９ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは４ないし８ｄｌ／ｇである。また、Ｍｗ／Ｍｎは３．５以上、好ましくは３．５ないし１５未満、さらに好ましくは３．５ないし１０以下である。
【００３１】
引張強度は、少なくとも一方向が７０ＭＰａ以上、好ましくはフィルムの縦方向および横方向が７０ＭＰａ以上、より好ましくは縦方向および横方向が１００ＭＰａ以上、さらに好ましくは縦方向および横方向が１５０ＭＰａ以上で，上限値は１０００ＭＰａである。縦方向（ＭＤ）とはフィルム引き取り方向を言い、横方向（ＴＤ）とはそれに直交する方向である。
また、引張弾性率は、少なくとも一方向が５００ＭＰａ以上、好ましくはフィルムの縦方向および横方向が５００ＭＰａ以上、より好ましくは縦方向および横方向が１ＧＰａ以上、さらに好ましくは縦方向および横方向が１．５ＧＰａ以上で、上限値は１０ＧＰａである。
また、引張伸びは、縦方向および横方向が２００％以下、より好ましくは縦方向および横方向が１５０％以下である。下限値は５％である。
【００３２】
このフィルムは成形時に分子量の低下を低く押さえ、高分子量ポリオレフィンの高強度物性を発現することができるので、従来の高分子量ポリオレフィンフィルムの成形法に比べて有効である。
【００３３】
本発明によって得られる高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの用途としては、サイロ、ホッパー、シュート等のライニング材、アルカリ電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の非水電解質電池および電解質電池用セパレータ、ロール、パイプ、鋼管等の被覆用収縮フィルム、食品包装用等の包装フィルム、包装用バック、包装用容器、ヘルメット、セイルボード、スキー滑走面等のスポーツ用品などが例示され、その他、具体的には、スライディングテープ、スラストワッシャー、すべりシート、ガイド、ドクターナイフ、カセットテープライナー、カセットテープ用スリットシート、耐極低温性袋、熱収縮性フィルム、低温保存用バック、包装用テープ、高強度延伸糸用原糸、コンデンサーフィルム、絶縁フィルム、回路基板用フィルム、ポリオレフィン被覆ゴムロール、食品充填パック、血液パック、スプリットヤーン、登山用ロープ、織布、延伸テープ、血小板凍結防止用フィルター、帆布、防爆シート、切傷防止用保護衣、安全手袋、重布、電気ケーブル、テンションメンバー、スピーカー振動板、装甲板、レーダードーム、不織布、合成紙、屋外展示物用印刷紙、航空便用封筒、水分吸収剤、酸素吸収剤等の包装材料、通気性包装体、滅菌・殺菌包装材料、医療用基布、医療用器具の包装材料、水分調節物品のシール・包装、分離膜、各種フィルター等のろ過材、フィルターの担持体、農業用ハウス、マルチフィルム等の農業用フィルム、グリーンフィルム、エレクトレットフィルム、ハウスラップ等の建築用資材等を例示することができる。
【００３４】
【実施例】
実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその趣旨を越えない限りこれらの例に何ら制約されるものではない。
〔実施例１〕
図１に示すインフレーションフィルムの製造装置において、以下の仕様による装置を用いて高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを製造した。
〔装置の仕様〕
押出機の第１スクリュー外径 ２０ｍｍΦ、
スクリューの有効長さ（Ｌ／Ｄ） ４４０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝２２）
フライトピッチ１２ｍｍ
スクリュー圧縮比 １．７５
押出機に立設してなるスクリューダイ有効長さ ５１０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝３４） ダイ出口アウターダイ内径１５ｍｍΦ、ダイ出口マンドレル外径１０ｍｍΦ
Ｓ１／Ｓ２＝１．２１
Ｓ２／Ｓ３＝３．３１
スクリューダイの第２スクリュー外径 ３０ｍｍΦ
第２スクリュー有効長さ １０２ｍｍ
フライトピッチ １８ｍｍ
第２スクリュー圧縮比 １．０
安定棒の外径 １０ｍｍΦ
安定棒の長さ １５０ｍｍ
本成形装置はさらに第２スクリュー内部、マンドレル内部および安定棒シャフト内部に延在してなる６ｍｍΦの気体流路、安定板、ピンチロール及び製品巻取機を具備している。
【００３５】
実施例における高分子量ポリオレフィンの物性とインフレーショフィルムの性状は下記の測定方法・条件で測定した。 極限粘度はＡＳＴＭ Ｄ４０２０に基づき、デカリン溶媒を用いて１３５℃で測定した。
融点は示差走査型熱量計（ＤＳＣ）により、１０℃／ｍｉｎで測定した時のサーモグラフの吸熱ピークのピークトップの値である。
重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）は、高温ＧＰＣ装置（Ｗａｔｅｒｓ社製：型式１５０Ｃ）により測定した。
厚さは測厚機デジシックネステスター（東洋精機製：検出能力１μｍ）を用い、ＪＩＳ Ｚ１７０２に従い、圧子 ５ｍｍΦ、荷重 １２５ｇ、測定圧 ０．６３７Ｋｇ／ｃｍ2 で、フィルムの円周方向（ＴＤ）を等間隔に８点測定した平均値である。
引張強度（ＭＤ），（ＴＤ）は、ＪＩＳ Ｋ６７８１に従い、試験片を作製し、チャック間距離 ８６ｍｍ、引張速度 ２００ｍｍ／ｍｉｎ、温度２３℃で測定した。なお引張弾性率は接線弾性率を、引張伸びは破断点伸びを採用した。
【００３６】
〔インフレーションフィルムの製造〕
［η］：７．５ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：７．５２，融点１３５℃、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各２００℃、１８０℃、１６０℃、１６０℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、ピンチロールで２．０ｍ／ｍｉｎの速度で引取りながら、第２スクリュー内部、マンドレル及び安定棒シャフトの内部に延在してなる６ｍｍΦの気体流路から圧搾空気を吹き込んで、溶融状態のチュ−ブをアウターダイ内径１５Φの約８倍に膨張させて、折り幅１９０ｍｍ、厚み９μｍからなる高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを安定して製造した。フィルムの［η］、Ｍｗ／Ｍｎ、厚み、引張強度、引張弾性率および引張伸びと実験式により計算される成形温度の上限値を表１に示した。
【００３７】
〔実施例２〕
［η］：６．１ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：４．７４，融点１３５℃、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形した。フィルムの性状を表１に示した。
【００３８】
〔実施例３〕
［η］：８．２ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：９．８９，融点１３４℃、嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形した。フィルムの性状を表１に示した。
【００３９】
〔実施例４〕
［η］：４．９ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：５．０３，融点１３４℃、嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレンを粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各１９０℃、１７０℃、１６０℃、１５５℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形した。フィルムの性状を表１に示した。
【００４０】
〔実施例５〕
引取速度を２．５ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例４の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形した。フィルムの性状を表１に示した。
【００４１】
〔比較例１〕
［η］：１０．４ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：６．３２，融点１３５℃、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各２３０℃、１９０℃、１７５℃、１６０℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形を試みたが、１０μｍ未満のフィルムが成形できなかった。
【００４２】
〔比較例２〕
［η］：２．５３ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：４．２０，融点１３４℃、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各１９０℃、１８０℃、１６５℃、１５０℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムの成形を試みたが、成形できなかった。
【００４３】
〔比較例３〕
［η］：８．２０ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：４．４９，融点１３５℃、嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各３００℃、１９０℃、１７５℃、１６０℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形を試みた。溶融粘度が上昇し、チュ−ブが安定棒に融着する等の問題を起こしながら、辛うじてフィルムが成形できた。フィルムの性状を表１に示した。
【００４４】
【００４５】
【発明の効果】
本発明の製造方法により得られる高分子量ポリオレフィンからなるインフレーションフィルムは従来の加圧プレス法により得られるフィルム、あるいはロッド等を薄く引き剥がしたスカイブドフィルムに比べて膜厚が薄く、成形が困難であった厚さ１μｍ以上１０μｍ未満の薄膜フィルムである。また、自己潤滑性、耐摩耗性、耐薬品性等の特性を損なうことがなく、さらに優れた機械的性質、特に引張強度が７０ＭＰａ以上という特性をも保有している。さらに本発明の製造方法は、特定の成形装置を使用し、特定の成形温度を設定したため、従来にない高い生産性が得られる。
本発明の製造方法により得られる高分子量ポリオレフィンフィルムはかかる特徴を活かして、記録テープ用ライナー、シュート、サイロ、ホッパー等の搬送ラインのライニング材、ロール、パイプ、ホッパー等の被覆用収縮フィルム、低温保存用バッグ、さらには、本インフレーションフィルムをスリットして包装用テープ、あるいは高強度延伸糸用等の種々の分野に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるインフレーションフィルム製造装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 押出機
３ 第１スクリュ−
２０ スクリュ−ダイ
２３ マンドレル
２４ 気体流路
２６ 安定棒
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜化された高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法に関すものであり、より詳しくは、厚さが１μｍ以上１０μｍ未満であり、極限粘度［η］が４ｄｌ／ｇ以上である引張強度に優れた高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子量ポリエチレンは、汎用ポリエチレンに比べ、耐衝撃性、耐磨耗性、耐薬品性、引張強度等に優れており、エンジニアリングプラスチックとしてその用途が拡がりつつある。しかしながら汎用ポリエチレンに比較して溶融粘度が極めて高く流動性が悪いため、通常の押出成形や射出成形によってフィルム等を成形することは非常に難しく、そのほとんどは圧縮成形によっており、一部ロッド等が極く低速で押出成形により製造されているのが現状であった。
【０００３】
高分子量ポリエチレンフィルムの製造方法としては、例えば、特公昭４８−１１５７６号公報に、高分子量ポリエチレン粉末を焼結した後、ポリエチレンの融点以上の温度に加熱して、２枚のベルト間で加熱、圧着、冷却してフィルムを製造する方法が開示されている。また、特開昭５３−４５３７６号公報には、焼結して得た高分子量ポリエチレンシートを二次転移点以上ないし融点未満の温度範囲で加圧ロールで配向させる方法等が提案されている。前記方法で得られるフィルムは良好な外観を有するが、フィルムが厚いという欠点があった。
【０００４】
本出願人は、本発明に先立って、高分子量ポリオレフィンに多量の可塑剤を混合して押し出し成形し、二軸延伸フィルムを製造する方法（特公平４−１６３３０号公報）を提案した。しかしながら、この場合、用途によっては得られたポリオレフィンフィルムから可塑剤を抽出除去する必要がある。
さらに本出願人は、マンドレルが押出機のスクリューの回転に伴って回転するチューブダイを用いてインフレーションフィルムを製造する方法（特公平６−５５４３３号公報）を提案したが、この方法では、押し出されるチューブ状のフィルムが横向きになるために、上部が薄く、下部が厚くなりがちで、上部と下部で偏肉を生じ易いという問題があった。
この問題を解決するため、さらに本出願人は、押出機のスクリューと独立して回転するスクリューダイを押出機の先端に立設し、スクリューダイ内のマンドレルの回転によりインフレーションフィルムを製造する方法（特開平９−１８３１５６号）を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記方法により、比較的偏肉を生じにくいインフレーションフィルムを製造することが可能となったが、スクリューの回転に応じてマンドレルの回転数を上げ、生産速度を上げると摩擦によりポリオレフィンが劣化するという問題が派生する。さらに、ポリオレフィンのフライトマークを消すためにマンドレルを長くせざるを得ないという問題もある。
しかも、種々の用途に応じてインフレーションフィルムの引張強度、衝撃強度等の力学的性質や膜厚等を調節することが要請されるが、特に薄膜化に対しては、前記方法では十分対応できなかった。
【０００６】
本発明の目的は、今まで成形することが困難であった高分子量ポリオレフィンの薄膜インフレーションフィルムの製造方法を提供すること、特に薄膜にもかかわらず、引張強度の高いインフレ−ションフィルムの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために提案されたものであって、マンドレルが押出機の第１スクリューと独立して回転する少なくともＬ／Ｄが５の第２スクリューを有するスクリュ−ダイを用いて、マンドレルを可及的低速で回転させることを可能にしたインフレ−ションフィルム成形装置を用い、特定原料を使用し、特定の温度条件のもとにポリオレフィンを溶融成形することに特徴があり、これによって得られたインフレーションフィルムは、１μｍ以上１０μｍ未満という非常に薄膜であるにもかかわらず、引張強度等に優れるという特性を有するものである。
【０００８】
本発明によれば、極限粘度［η］が４ないし１０ｄｌ／ｇで、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．５以上の高分子量ポリオレフィン粉末を、押出機で該高分子量ポリオレフィンの融点Ｔｍ（℃）に対して、
Ｔｍ＋１．５ [ η ] 2 −７．４［η］＋６０
を上回らない温度で溶融し、押出機と連結するスクリューダイに供給し、次いでマンドレルが押出機の第１スクリューと独立して回転する少なくともＬ／Ｄが５の第２スクリューをもつスクリューダイから溶融状態の高分子量ポリオレフィンを押し出した後、成形された溶融状態のチューブ状フィルムの内部に気体を吹き込み、膨張させることを特徴とする、厚さが１μｍ以上１０μｍ未満であり、極限粘度［η］が４ｄｌ／ｇ以上である高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．５以上であることを特徴とする前記高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法が提供される。
また、本発明によれば、前記高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの少なくとも一方向の引張強度が７０ＭＰａ以上であることを特徴とする前記高分子量ポリオレ フィンインフレーションフィルムの製造方法が提供される。
また、本発明によれば、前記高分子量ポリオレフィンが高分子量ポリエチレンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のインフレーションフィルムは以下の製造装置によって製造される。
すなわち、本発明のスクリューダイは、押出機の第１スクリューとは別個に第２スクリューを備えており、第２スクリュー先端に連結されたマンドレルが第２スクリューの回転と共に回転するように構成されていて、しかも、押出機の第１スクリューとスクリュ−ダイの第２スクリューとが任意の回転数で独立して回転し、第２のスクリューの回転数を第１スクリューの回転数よりも低く設定できるようになっている。このため、インフレーションフィルムの引張強度、衝撃強度等の力学的性質や、縦延伸倍率、膜厚等を幅広い範囲にわたって調整できるようになる。
【００１１】
また、このインフレーションフィルム製造装置に、マンドレルの先端に安定棒を設けることにより、チューブ状に押出された溶融状態の高分子量ポリオレフィンの、エアリングから吹き出される空気圧による横揺れが防げるので、膨張したフィルムの膜厚精度が一層向上する。したがって本発明の装置を用いて製造されたインフレーションフィルムの円周方向の膜厚の最大値と最小値の差は、５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下に調整できる。
【００１２】
本発明に係るインフレーションフィルム製造装置を図面に基づいて説明する。 図１に示す如く、溝付シリンダー２と、圧縮比が１ないし２．５、好ましくは、１．３ないし１．８の範囲の第１スクリュー３とを有する押出機１を備えており、この第１スクリュー３の先端部には、トーピド１０がネジによって連結されている。このトーピド１０は、第１スクリュー３の先端部でポリオレフィンが滞留するのを防ぐため、円錐状に形成することが好ましい。なお、前記インフレーションフィルムの製造装置では、溝付きシリンダー２の溝部２Ａにより、高分子量ポリオフィン粉末が押出機前方へ安定して供給されるようになっている。
【００１３】
トーピド１０の先端、すなわち、溶融ポリオレフィンの流れ方向下流側には、スクリューダイ２０が、その軸線をトーピド１０の軸線方向と直交する方向へ向けた状態で設けられている。このスクリューダイ２０は、トーピド１０と対向する位置に第２スクリュー２１を備えており、この第２スクリュー２１は、駆動手（図示せず）によって、第１スクリュー３とは、独立に回転されるようになっている。
【００１４】
第２スクリュー２１は、図１の上方へいくに従って、次第に縮径する略円柱状のスペースが形成された中空状のアウターダイ２２を備えており、このアウターダイ２２のスペースにマンドレル２３が挿通されている。このマンドレル２３は第２スクリュー２１の先端部（上端部）に固着されており、第２スクリュー２１と共に回転されるようになっている。
また、第２スクリュー２１の内部及びマンドレル２３の内部には気体流路２４が形成されている。この気体流路２４は、第２スクリュー２１の下端から金属シャフトを通って安定棒２６の先端まで形成されている。
【００１５】
前記スクリューダイ２０は、Ｌ／Ｄが５以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは１５ないし７０であり、第２スクリュー先端部２０Ａのポリオレフィン流路の断面積Ｓ１とスクリューダイ中間部２０Ｂのポリオレフィン流路の断面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が０．５ないし２．０、好ましくは０．８ないし１．５とする。また、前記Ｓ２とスクリューダイ出口２０Ｃのポリオレフィン流路の断面積Ｓ３との比（Ｓ２／Ｓ３）が１．５ないし１０．０、好ましくは２．０ないし６．０の範囲にある。
また、Ｓ１／Ｓ２は、０．５ないし２．０の範囲であれば特に問題はないが、Ｓ２／Ｓ３の比が１．５未満では、溶融ポリオレフィンが完全に均一状態にならず、一方、１０を越えると、樹脂圧が過大となり、チューブ状フィルムの押出成形が困難となる。
【００１６】
スクリューダイ２０の流路は前述の如く、基本的には、スクリューダイ出口２０Ｃに向かって流路面積が狭くなる。すなわち、テーパダイであるが、スクリューダイ上端部（２０Ｃより上部）は、流路面積が変化しない、いわゆるストレートであることが成形品の寸法精度を高度に保持することができるので好ましい。なお、ストレート部は、通常Ｌ／Ｄが０．１ないし５．０程度である。
【００１７】
本発明に用いられるインフレーションフィルム製造装置は、前記構成を備えていることが重要であり、スクリューダイ２０の下流側には、スクリューダイ２０から押し出された溶融状態のチューブ３０をエアリング２５で冷却した後、気体流路２４を通して、空気等の気体により膨比６倍以上に膨張させ、厚さ１μｍ以上１０μｍ未満のインフレーションフィルム３１とし、それを折り畳んだ後、引取る安定板、ピンチロール、引取機（いすれも図示せず）等、公知のインフレーションフィルム成形機が具備する装置を備えている。
【００１８】
また、必要に応じて、アウターダイ２２の上端部内方へ安定棒２６が、エアーリング２５、さらには、防風筒２７を挿通した状態で設けられており、安定棒２６は、金属シャフトとシャフトに遊嵌されたパイプ形状物から構成され、金属シャフトは、マンドレルの先端とネジにより連結されている。金属シャフトは第２スクリュー２１の回転に同調して回転するが、パイプ形状物はシャフトに遊嵌されているので、パイプ形状物の外表面に接触しながら直線的に押出される溶融状態のチューブ３０をねじることはない。
【００１９】
前記インフレーションフィルム製造装置の押出機１から押出された溶融ポリオレフィンは、スクリューダイ２０の第２スクリュー２１に受け止められる。また、上記第２スクリュー２１の回転数は押出機１の図１に示す圧力計１１で示される圧力の値が一定範囲となるように設定されている。スクリューダイ２０から押出された溶融状態のチューブ３０は、押出し速度よりも速い速度で引き取られる。次いで、気体流路２４を経て安定棒２６の先端から放出される気体により所定の膨比に膨張されてインフレーションフィルムが得られる。
【００２０】
本発明においては、アウターダイ入口部２０Ａからスクリューダイ出口２０Ｃまでの長さと、スクリューダイ出口２０Ｃにおけるアウターダイ２２の内径との比、つまり、スクリューダイのＬ／Ｄが５以上、好ましくは、１５以上、更に好ましくは２０ないし７０であることが重要である。Ｌ／Ｄが５未満のスクリューダイでは、ダイより押出される前にポリオレフィンが完全に均一融合された溶融物とならないため、ダイから押出されたチューブ状フィルムの内部に空気を吹き込んだ際にチューブが均一に膨らまなかったり、破れたりして良好なフィルムが得られないことがある。一方、Ｌ／Ｄの上限は、特に限定されないが、実用上７０以下が好ましい。なお、スクリューダイのＬ／Ｄは生産性と相関関係があり、Ｌ／Ｄが大きい方が成形速度を上げることができる。
【００２１】
本発明においては、前記装置を用い、後記の特定温度で高分子量ポリオレフィンを溶融成形するが、その成形温度は、原料として用いる高分子量ポリオレフィンの極限粘度［η］に応じて次式
Ｔm ＋１．５［η］2 −７．４［η］＋６０
で計算される温度（℃）を上回らないことが求められる。
すなわち、上式は、高強度の高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形するための上限となる成形温度を、高分子量ポリエチレンの融点Ｔm と極限粘度［η］に関する式で表すもので、実験的に求められたものである。したがって、高分子量ポリオレフィンが押出機内のいずれかにおいて、これを越える温度に加熱されると、高分子量ポリエチレンの劣化が激しくなり、極限粘度［η］が大きく低下し、得られるフィルムの機械的物性が悪化する。さらに、成形温度よりもかなり低温のスクリューダイ出口温度は、フィルムの成膜性から決まるものであるから、成形温度が高いとダイ出口までの間に長い冷却ゾーンが必要となり、成形速度が上げられなかったり、より大型の装置が必要となったりする。具体的には押出機内の適宜位置の温度を上記温度を越えないように設定する。
【００２２】
一方、成形温度の下限としては、高分子量ポリオレフィンの融点Ｔｍ（℃）、好ましくはＴｍ＋２０℃、さらに好ましくは次式
Ｔｍ＋０．６５ [η]2−２．６［η］＋２０
で計算される温度（℃）である。成形温度が融点よりも低い場合、ダイ内でポリオレフィンの閉塞現象が生じやすくなり、装置破損の原因となる。また、成形温度が融点以上であっても、該実験式で計算される温度よりも低くなりすぎると、スクリューフライトマークが消えにくくなり、成形性が悪化する傾向が見られる。
【００２３】
チューブ状フィルムの内部に吹き込む前記の気体は、通常、空気であるが、窒素等を用いても良い。また、溶融状態のチューブ状フィルムの内部に気体を吹き込む場合には、膨比を６以上、好ましくは６ないし２０倍、特に７ないし１２倍とするのが好ましい。膨比が６未満では、横方向（ＴＤ）の厚みが不均一になる傾向があるばかりでなく、横方向の配向が向上せず、引張強度等の機械的物性を向上させることが困難となる場合があり、一方、膨比が２０倍を越えると、フィルムが白濁したり、破裂現象を生じる傾向にある。
【００２４】
本発明においては、縦延伸倍率を７倍以上、好ましくは７ないし４０倍、特に好ましくは８ないし３０倍とする。縦延伸倍率が７倍未満では、バルーン（膨張チューブ）が揺れる傾向があり、結果的に縦方向（ＭＤ）、横方向（ＴＤ）の厚みが不均一になるばかりでなく、機械的特性のバラツキが大きくなることがある。一方、縦延伸倍率が４０倍を越えると、フィルムが破裂現象を生じる傾向がある。
本発明において、膨比とは、スクリューダイ出口における膨張前チューブの円周長さと、膨張後のチューブの円周長さとの比を言い、縦延伸倍率とは、ダイからのポリオレフィンの流出速度（線速度）に対するピンチロールの引き取り速度との比をいう。
【００２５】
膨張させたフィルムの冷却は、フィルムの外部をブロアー（送風機）を具備したエアリングから均一に吹き出される気体によって行うか、またはフィルムに密着する水冷あるいは空冷式の冷却リングによっても行うこともできる。冷却後のフィルムは常法、すなわち、安定板で次第に折り畳まれ、次にピンチロールで２枚合わせのフラットなフィルムとなり、製品巻取機に巻き取られる。
なお、本発明によって得られたフィルムは、ヒートセットにより、熱収縮率を１０％未満程度に下げることができる。
【００２６】
本発明で用いられる高分子量ポリオレフィンとは、エチレン、プロピレン、および炭素数４ないし８のα−オレフィンを、例えばチーグラー系触媒を用いたスラリー重合により、単独もしくは二つ以上の組み合わせで重合して得られる。好ましい共重合体はエチレンと少量のプロピレンもしくは炭素数４ないし８のα−オレフィンの単独ないし二つ以上の組み合わせによる共重合体である。エチレン共重合体の場合、共単量体の量は５モル％以下が好ましい。これらの中で特に好ましいのはエチレンの単独重合体である。
【００２７】
前記高分子量ポリオレフィンとしては、デカリン溶媒中１３５℃で測定した極限粘度［η］が４ないし１０ｄｌ／ｇ、好ましくは４ないし９ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは４ないし８ｄｌ／ｇが用いられる。極限粘度［η］が４ｄｌ／ｇ未満のものは、引張強度等の機械的強度が充分でないおそれがある。また、溶融粘度が低いため、スクリューダイ中で超高分子量ポリオレフィンの溶融物とマンドレルの共廻りによるねじれや、マンドレルのみによる偏肉が生じやすく、均一なフィルムが得られがたく、成形性が劣る。
【００２８】
極限粘度［η］の上限は、１０ｄｌ／ｇ、好ましくは９ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは８ｄｌ／ｇである。極限粘度が１０ｄｌ／ｇを越えるものは、溶融粘度が高いため、成形温度を上げざるをえず、その結果、前記したように、ポリオレフィンの劣化が激しくなり、極限粘度［η］が大きく低下し、得られるフィルムの機械的物性が悪化する。さらに、ダイ出口までの間に長い冷却ゾーンが必要となり、成形速度が上げられなくなり、より大型の装置が必要となる。
【００２９】
また、前記高分子量ポリオレフィンは、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．５以上、好ましくは３．５ないし１５未満、さらに好ましくは３．５ないし１０以下である。Ｍｗ／Ｍｎが３．５未満であると前記成形温度での薄膜成形が困難となるおそれがある。また、Ｍｗ／Ｍｎが１５以上であると引張強度等の力学的物性が達成されないおそれがある。さらに極限粘度［η］が低い場合、分子量分布が広いため、低分子量側のポリオレフィンに影響され、溶融粘度が低くなるため、スクリューダイ中で高分子量ポリオレフィンの溶融物とマンドレルの共廻りによるねじれや、マンドレルのみによる偏肉が生じやすく、均一なフィルムが得られがたく、成形性が劣るおそれがある。
【００３０】
本発明により得られる高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの厚さは１μｍ以上１０μｍ未満、好ましくは３μｍ以上１０μｍ未満、さらに好ましくは５μｍ以上１０μｍ未満である。
また、極限粘度［η］は、成形により大きく分子量が低下しないため、４ないし１０ｄｌ／ｇ、好ましくは４ないし９ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは４ないし８ｄｌ／ｇである。また、Ｍｗ／Ｍｎは３．５以上、好ましくは３．５ないし１５未満、さらに好ましくは３．５ないし１０以下である。
【００３１】
引張強度は、少なくとも一方向が７０ＭＰａ以上、好ましくはフィルムの縦方向および横方向が７０ＭＰａ以上、より好ましくは縦方向および横方向が１００ＭＰａ以上、さらに好ましくは縦方向および横方向が１５０ＭＰａ以上で，上限値は１０００ＭＰａである。縦方向（ＭＤ）とはフィルム引き取り方向を言い、横方向（ＴＤ）とはそれに直交する方向である。
また、引張弾性率は、少なくとも一方向が５００ＭＰａ以上、好ましくはフィルムの縦方向および横方向が５００ＭＰａ以上、より好ましくは縦方向および横方向が１ＧＰａ以上、さらに好ましくは縦方向および横方向が１．５ＧＰａ以上で、上限値は１０ＧＰａである。
また、引張伸びは、縦方向および横方向が２００％以下、より好ましくは縦方向および横方向が１５０％以下である。下限値は５％である。
【００３２】
このフィルムは成形時に分子量の低下を低く押さえ、高分子量ポリオレフィンの高強度物性を発現することができるので、従来の高分子量ポリオレフィンフィルムの成形法に比べて有効である。
【００３３】
本発明によって得られる高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの用途としては、サイロ、ホッパー、シュート等のライニング材、アルカリ電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の非水電解質電池および電解質電池用セパレータ、ロール、パイプ、鋼管等の被覆用収縮フィルム、食品包装用等の包装フィルム、包装用バック、包装用容器、ヘルメット、セイルボード、スキー滑走面等のスポーツ用品などが例示され、その他、具体的には、スライディングテープ、スラストワッシャー、すべりシート、ガイド、ドクターナイフ、カセットテープライナー、カセットテープ用スリットシート、耐極低温性袋、熱収縮性フィルム、低温保存用バック、包装用テープ、高強度延伸糸用原糸、コンデンサーフィルム、絶縁フィルム、回路基板用フィルム、ポリオレフィン被覆ゴムロール、食品充填パック、血液パック、スプリットヤーン、登山用ロープ、織布、延伸テープ、血小板凍結防止用フィルター、帆布、防爆シート、切傷防止用保護衣、安全手袋、重布、電気ケーブル、テンションメンバー、スピーカー振動板、装甲板、レーダードーム、不織布、合成紙、屋外展示物用印刷紙、航空便用封筒、水分吸収剤、酸素吸収剤等の包装材料、通気性包装体、滅菌・殺菌包装材料、医療用基布、医療用器具の包装材料、水分調節物品のシール・包装、分離膜、各種フィルター等のろ過材、フィルターの担持体、農業用ハウス、マルチフィルム等の農業用フィルム、グリーンフィルム、エレクトレットフィルム、ハウスラップ等の建築用資材等を例示することができる。
【００３４】
【実施例】
実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその趣旨を越えない限りこれらの例に何ら制約されるものではない。
〔実施例１〕
図１に示すインフレーションフィルムの製造装置において、以下の仕様による装置を用いて高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを製造した。
〔装置の仕様〕
押出機の第１スクリュー外径 ２０ｍｍΦ、
スクリューの有効長さ（Ｌ／Ｄ） ４４０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝２２）
フライトピッチ１２ｍｍ
スクリュー圧縮比 １．７５
押出機に立設してなるスクリューダイ有効長さ ５１０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝３４） ダイ出口アウターダイ内径１５ｍｍΦ、ダイ出口マンドレル外径１０ｍｍΦ
Ｓ１／Ｓ２＝１．２１
Ｓ２／Ｓ３＝３．３１
スクリューダイの第２スクリュー外径 ３０ｍｍΦ
第２スクリュー有効長さ １０２ｍｍ
フライトピッチ １８ｍｍ
第２スクリュー圧縮比 １．０
安定棒の外径 １０ｍｍΦ
安定棒の長さ １５０ｍｍ
本成形装置はさらに第２スクリュー内部、マンドレル内部および安定棒シャフト内部に延在してなる６ｍｍΦの気体流路、安定板、ピンチロール及び製品巻取機を具備している。
【００３５】
実施例における高分子量ポリオレフィンの物性とインフレーショフィルムの性状は下記の測定方法・条件で測定した。 極限粘度はＡＳＴＭ Ｄ４０２０に基づき、デカリン溶媒を用いて１３５℃で測定した。
融点は示差走査型熱量計（ＤＳＣ）により、１０℃／ｍｉｎで測定した時のサーモグラフの吸熱ピークのピークトップの値である。
重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）は、高温ＧＰＣ装置（Ｗａｔｅｒｓ社製：型式１５０Ｃ）により測定した。
厚さは測厚機デジシックネステスター（東洋精機製：検出能力１μｍ）を用い、ＪＩＳ Ｚ１７０２に従い、圧子 ５ｍｍΦ、荷重 １２５ｇ、測定圧 ０．６３７Ｋｇ／ｃｍ2 で、フィルムの円周方向（ＴＤ）を等間隔に８点測定した平均値である。
引張強度（ＭＤ），（ＴＤ）は、ＪＩＳ Ｋ６７８１に従い、試験片を作製し、チャック間距離 ８６ｍｍ、引張速度 ２００ｍｍ／ｍｉｎ、温度２３℃で測定した。なお引張弾性率は接線弾性率を、引張伸びは破断点伸びを採用した。
【００３６】
〔インフレーションフィルムの製造〕
［η］：７．５ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：７．５２，融点１３５℃、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各２００℃、１８０℃、１６０℃、１６０℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、ピンチロールで２．０ｍ／ｍｉｎの速度で引取りながら、第２スクリュー内部、マンドレル及び安定棒シャフトの内部に延在してなる６ｍｍΦの気体流路から圧搾空気を吹き込んで、溶融状態のチュ−ブをアウターダイ内径１５Φの約８倍に膨張させて、折り幅１９０ｍｍ、厚み９μｍからなる高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを安定して製造した。フィルムの［η］、Ｍｗ／Ｍｎ、厚み、引張強度、引張弾性率および引張伸びと実験式により計算される成形温度の上限値を表１に示した。
【００３７】
〔実施例２〕
［η］：６．１ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：４．７４，融点１３５℃、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形した。フィルムの性状を表１に示した。
【００３８】
〔実施例３〕
［η］：８．２ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：９．８９，融点１３４℃、嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形した。フィルムの性状を表１に示した。
【００３９】
〔実施例４〕
［η］：４．９ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：５．０３，融点１３４℃、嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレンを粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各１９０℃、１７０℃、１６０℃、１５５℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形した。フィルムの性状を表１に示した。
【００４０】
〔実施例５〕
引取速度を２．５ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例４の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形した。フィルムの性状を表１に示した。
【００４１】
〔比較例１〕
［η］：１０．４ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：６．３２，融点１３５℃、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各２３０℃、１９０℃、１７５℃、１６０℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形を試みたが、１０μｍ未満のフィルムが成形できなかった。
【００４２】
〔比較例２〕
［η］：２．５３ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：４．２０，融点１３４℃、嵩密度０．４５ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各１９０℃、１８０℃、１６５℃、１５０℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムの成形を試みたが、成形できなかった。
【００４３】
〔比較例３〕
［η］：８．２０ｄｌ／ｇ、Ｍｗ／Ｍｎ：４．４９，融点１３５℃、嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3 の高分子量ポリエチレン粉末を用い、押出機、図１に示すジョイント部（Ｊ）、ダイ基部（Ｄ１）及びダイ先端部（Ｄ２）の設定温度を各３００℃、１９０℃、１７５℃、１６０℃にし、第１スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、第２スクリュー回転数を０．６ｒｐｍに設定し、引取速度を２．０ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１の条件で高分子量ポリエチレンインフレーションフィルムを成形を試みた。溶融粘度が上昇し、チュ−ブが安定棒に融着する等の問題を起こしながら、辛うじてフィルムが成形できた。フィルムの性状を表１に示した。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の製造方法により得られる高分子量ポリオレフィンからなるインフレーションフィルムは従来の加圧プレス法により得られるフィルム、あるいはロッド等を薄く引き剥がしたスカイブドフィルムに比べて膜厚が薄く、成形が困難であった厚さ１μｍ以上１０μｍ未満の薄膜フィルムである。また、自己潤滑性、耐摩耗性、耐薬品性等の特性を損なうことがなく、さらに優れた機械的性質、特に引張強度が７０ＭＰａ以上という特性をも保有している。さらに本発明の製造方法は、特定の成形装置を使用し、特定の成形温度を設定したため、従来にない高い生産性が得られる。
本発明の製造方法により得られる高分子量ポリオレフィンフィルムはかかる特徴を活かして、記録テープ用ライナー、シュート、サイロ、ホッパー等の搬送ラインのライニング材、ロール、パイプ、ホッパー等の被覆用収縮フィルム、低温保存用バッグ、さらには、本インフレーションフィルムをスリットして包装用テープ、あるいは高強度延伸糸用等の種々の分野に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるインフレーションフィルム製造装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 押出機
３ 第１スクリュ−
２０ スクリュ−ダイ
２３ マンドレル
２４ 気体流路
２６ 安定棒
Claims (4)
- 極限粘度［η］が４ないし１０ｄｌ／ｇで、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．５以上の高分子量ポリオレフィン粉末を、押出機で該高分子量ポリオレフィンの融点Ｔｍ（℃）に対して、
Ｔｍ＋１．５ [ η ] 2 −７．４［η］＋６０
を上回らない温度で溶融し、押出機と連結するスクリューダイに供給し、次いでマンドレルが押出機の第１スクリューと独立して回転する少なくともＬ／Ｄが５の第２スクリューをもつスクリューダイから溶融状態の高分子量ポリオレフィンを押し出した後、成形された溶融状態のチューブ状フィルムの内部に気体を吹き込み、膨張させることを特徴とする、厚さが１μｍ以上１０μｍ未満であり、極限粘度［η］が４ｄｌ／ｇ以上である高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法。 - 前記高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．５以上であることを特徴とする請求項１記載の高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法。
- 前記高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの少なくとも一方向の引張強度が７０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法。
- 前記高分子量ポリオレフィンが高分子量ポリエチレンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高分子量ポリオレフィンインフレーションフィルムの製造方法。
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