JP4668502B2 - 引き裂きが制御された型押しフィルム - Google Patents
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Description
背景
本発明は、接着テープ中で裏材料として使用しても良い延伸された型押しフィルムに関する。フィルムは切断工具またはディスペンサーを使用することなく、簡単にかつ容易に手で引き裂くことができ、引き裂かれたときに実質的にまっすぐで巻き上がらない端を提供する。
【0002】
多くの接着テープ、特に包装および密封のために使用されるものは、比較的高い引張り強さを有する裏材料を必要とする。この理由から、相当な引張り強さを有する様々なタイプのクラフト紙、プラスチックフィルム、および布が、接着テープ構造中で使用されている。したがって一定長さのテープをロールから取り去るのには、補助的な切断工具または表面が必要であることが多く、テーピングの工程を不便にしている。
【0003】
多くの接着テープは、縦に延伸されたフィルム裏材料を有する。フィルム裏材料の延伸によって、テープの引張り強さは顕著に改善するが、一定長さのテープをきれいに横方向に手で裂くことを非常に困難にする。このような延伸されたフィルムは、過度に伸長して良好に適合せず延伸の軸に沿って裂ける傾向がある。
【0004】
多くのテープでは裏材料として、防湿ポリマーで処理された紙が使用される。紙は驚くほど高価な材料であり、その経費は、テープが多くの用途に適するように施されるいくつかの処理によって増大する。さらに処理された紙でさえ感湿性を保持し、十分に弱くなって破損する場合もある。また紙は比較的硬いので、テープは屈曲せずまたは多くの表面に良好に適合しない。
【0005】
布裏テープは、紙よりも魅力的で可撓性かつ引き裂き抵抗性が高いが、布は高価で、接着剤がそれに浸透するのを防止するために特別な処理が必要であり、ほつれる傾向がある。いわゆる「スパンボンド」ポリマー裏材料をはじめとする様々なタイプの不織テープ裏材料は、より安価に製造されて、織布よりもほつれ抵抗性であるが、それらの厚さや引き裂き抵抗性などは均一でなく、それらの開放性のために接着剤コーティングの塗布が困難で高価なものになる。
【0006】
要約
本発明は、安価に製造され、従来の装置を使用して加工しても良い容易に入手できる材料を使用し、ウェブ交差(横断)方向、そして任意に縦(流れ)方向に引き裂くことができる(引き裂かれることができる)フィルムを提供する。フィルムは接着テープのための裏材料として使用されると、引張り強さ、ストレッチまたはクリープの低下、および延伸方向に沿って意図せずに裂ける傾向の低下などの良好な機械的特性を有する。テープは医療、工業、および商業用途に適する。
【0007】
したがって本発明は、多量の半晶質の第1のポリマー成分、第1のポリマー成分よりも低い降伏点を有する少量の第2のポリマー成分、および延伸方向に対し実質的に横断する方向に所定の引き裂き性を提供する型押しされた模様を含む、型押しされた一軸延伸フィルムを提供する。好ましくはフィルムは、第1のポリマーの連続相成分および第2のポリマーの不連続相成分を含む。
【0008】
本発明は、型押しされた一軸延伸フィルムと、フィルムの少なくとも1主面上の接着剤層とを含む接着剤製品も提供する。接着剤層は、フィルムの型押しされた(模様付き)または型押しされていない(なめらかな)表面に塗布しても良い。好ましくは接着剤層は型押しされた(模様付き)表面にあり、好ましくは接着剤は感圧接着剤である。
【0009】
さらに本発明は、半晶質の第1のポリマー成分、および第1のポリマー成分よりも低い降伏点を有する第2のポリマー成分を含む溶融加工されたポリマー配合物を含むフィルムを提供するステップと、フィルムを延伸するステップと、延伸されたフィルムを模様で型押しして、延伸方向に対し実質的に横断する方向に引き裂き性を与えるステップと、を含む型押しされた延伸フィルムを調製する方法を提供する。任意に、縦方向にも引き裂き性を与える模様を選択しても良い。
【0010】
詳細な説明
本発明で第1のポリマー成分として有用なポリマーとしては、あらゆる溶融加工性結晶質、半晶質、または結晶性ポリマーまたは共重合体およびそれらの配合物が挙げられる。半晶質のポリマーは、非結晶領域と結晶質領域との混合物からなる。結晶質領域はより規則正しく、鎖のセグメントが事実上結晶格子内に詰め込まれている。いくつかの結晶質領域は、他よりも規則正しいかもしれない。結晶質領域をポリマーの融解温度を越えて加熱すると、分子は規則性が低下し、またはより無秩序になる。急速に冷却するとこの規則性の低い特徴がその場に「凍結」されて、得られるポリマーは非結晶と言われる。緩慢に冷却すると、これらの分子は詰め直されて結晶質領域を形成でき、ポリマーは半晶質と言われる。いくつかのポリマーは常に非結晶であり、結晶化する傾向を示さない。いくつかのポリマーは、加熱処理、引伸しまたは延伸、および溶剤誘導によって半晶質にでき、これらの方法によって真の結晶化度の程度を調節できる。
【0011】
本発明で有用な半晶質ポリマーとしては、高および低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリ(メチルペンテン)、ポリ(エチレン−クロロトリフルオロエチレン)、ポリ(フッ化ビニル)、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)、ナイロン6、ナイロン66、ポリブテン、およびサーモトロピック液晶ポリマーが挙げられるが、これに限定されるものではない。適切なサーモトロピック液晶ポリマーの例としては、芳香族ジオール、芳香族カルボン酸、ヒドロキシカルボン酸、およびその他の類似モノマーから合成され、融解時に液晶特性を示す芳香族ポリエステルが挙げられる。典型的な例としては、パラヒドロキシ安息香酸(PHB)、テレフタル酸、およびビフェノールからなる第1のタイプ、PHBおよび2,6−ヒドロキシナフトエ酸からなる第2のタイプ、およびPHB、テレフタル酸、およびエチレングリコールからなる第3のタイプが挙げられる。好ましいポリマーは低価格で容易に入手でき、型押しされた製品に高い弾性および高い引張り強さなどの高度に望ましい特性を提供できる、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどのポリオレフィンである。
【0012】
ポリマーの分子量は、ポリマーが加工条件下で溶融加工性であるように選択すべきである。例えばポリプロピレンおよびポリエチレンでは、分子量は約5000〜500,000で、好ましくは約100,000〜300,000であっても良い。
【0013】
第2のポリマー成分は溶融加工性であり、第2のポリマー成分の降伏点が、半晶質のポリマー成分の降伏点よりも低くなるように選択される。降伏点は、かけられた歪速度に流速が等しくなる点である。例えばポリエチレンでは、降伏点は最大応力における応力であり、この点で応力は低下も増大もせずに、かけられた歪速度で流れが即座に生じる。降伏点および一般的なポリマーの降伏点に関するさらに詳しい論議は、McCrumら著「Principles of Polymer Engineering」Oxford University Press、ニューヨーク、1988年、167〜72ページにある。第2のポリマー成分の降伏点は、半晶質のポリマーよりも好ましくは少なくとも10%少なく、より好ましくは20%少ない。第1または第2のポリマーの降伏点については、2種のポリマー配合物の降伏点または延伸されたポリマーの降伏点ではなく、個々の延伸されていないポリマーの降伏点を指す。降伏点はASTM D638によって測定しても良い。
【0014】
第2のポリマー成分として有用なポリマーとしては、熱可塑性エラストマーが挙げられる。熱可塑性エラストマーは「Thermoplastic Elastomer,A Comprehensive Review」N.R.Legge、G.HoldenおよびH.E.Schroeder編、Hanser Publishers、ニューヨーク、1987年、および「Kirk−Othmer Encyclopedia of Chemical Technology」第4版、第9巻、15−37ページ、Wiley−Interscience、ニューヨーク、1994年で定義され検討されている。熱可塑性エラストマー(Leggeらによって定義され本願明細書で使用されるような)は、概して低当量の多官能性モノマーおよび高当量の多官能性モノマーの反応生成物であり、低当量の多官能性モノマーは重合して硬いセグメント(そしてその他の硬いセグメントと共に、結晶質の硬い領域またはドメイン)を形成でき、高当量の多官能性モノマーは重合して、硬い領域またはドメインを結合する柔らかい可撓性の鎖を形成できる。
【0015】
「熱可塑性エラストマー」は「熱可塑性樹脂」および「エラストマー」(天然ゴムをエミュレートする物質の総称であり、それらは張力下で伸張し、高い引張り強さを有し、急速に収縮して実質的にそれらの元の寸法に戻る)とは異なり、熱可塑性エラストマーは、(エラストマーとは異なり)硬い領域の融解温度を越えて加熱すると、射出成形、押出し、ブロー成形などの熱可塑性技術によって加工できる均質な溶融物を形成する。引き続く冷却によって、再度硬い領域と柔らかい領域の分離が起きて、エラストマー特性を有する材料が得られるが、これは熱可塑性樹脂では起きない。
【0016】
市販される熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステル熱可塑性エラストマー、ポリウレタン熱可塑性エラストマー、ポリアミド熱可塑性エラストマー、熱可塑性エラストマーと熱可塑性ポリマーの配合物、およびイオノマー熱可塑性エラストマーが挙げられる。
【0017】
本発明で有用な熱可塑性エラストマー材料としては、例えばShell Chemical Co.から入手できるKRATONTMD I 107P、EniChem Elastomers Americas,Inc.から入手できるEUROPRENETMSOL TE 9110などの直鎖、放射状、星状体、およびテーパーのスチレン−イソプレンブロック共重合体と、Shell Chen−dcal Co.から入手できるKRATONTMG1657などの直鎖スチレン−(エチレン−ブチレン)ブロック共重合体と、Shell Chemical Co.から入手できるKRATONTMG1657Xなどの直鎖スチレン−(エチレン−プロピレン)ブロック共重合体と、Shell Chemical Co.から入手できるKRATONTMD 1119Pなどのスチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体と、Shell Chemical Co.から入手できるKRATONTMD 1118X、EniChem Elastomers Americas,Inc.から入手できるEUROPRENETMSOL TE 6205などの直鎖、放射状、および星状体スチレン−ブタジエンブロック共重合体と、DuPont Co.から入手できるHYTRELTMG3548などのポリエーテルエステルと、ポリ−α−オレフィン−ベースの熱可塑性エラストマー材料とが挙げられ、Dow−DuPont Elastomers LLCから入手できるエチレン/1−オクテン共重合体であるENGAGETMEG8200などのメタロセン触媒作用に基づくポリ−α−オレフィン(メタロセンポリオレフィンとして知られる)が特に好ましい。その他の有用なポリ−α−オレフィンとしては、WO99/20664およびその参考文献で述べられたものが挙げられる。
【0018】
第1および第2のポリマー成分の配合物は、相溶性のまたは不相溶の配合物であっても良い。相溶性の場合、第2のポリマーは、半晶質の第1のポリマー成分と化学的および/または機械的に相溶性であっても良く、それによって押出し中の効果的な混合および老化に伴う著しい相分離の最小化が可能になる。相溶性は、ポリマー配合物の融点およびガラス転移温度(Tg)を測定する示差走査熱量測定(DSC)によって測定しても良い。配合物中の構成ポリマーのためにDSCで2つのガラス転移温度が検知されれば、配合物は不相溶と称される。構成ポリマーのガラス転移温度の中間の単一温度が検知されれば、配合物は相溶性と称される。機械的に相溶性の配合物は2つのガラス転移温度を示すが、より微細な形態を有して半透明であるので、この一般性からの逸脱に相当する。好ましくは配合物は、冷却すると第1および第2のポリマー成分の別個の相が形成するように、不相溶の混合物または「機械的に相溶性の」混合物を形成する。
【0019】
不相溶のポリマー配合物として使用する場合、第1のポリマー成分と第2のポリマー成分の相対量は、第1のポリマー成分が連続相を形成し、第2のポリマー成分が不連続相を形成し、あるいは相互貫入ポリマー網目状組織におけるように各ポリマーが連続相を形成するように選択できる。第1および第2のポリマー成分の相対量は、100:1から1:1近い質量比の間で大きく異なることができる。好ましくは半晶質のポリマー成分は連続相を形成する一方、第2のポリマー成分は不連続、または第1のポリマー成分の連続相内に分散した離散した相を形成する。このような構造内では、第2のポリマー成分の量が最終フィルム特性に影響できる。
【0020】
概して第2のポリマー成分の量が増大すると、最終型押しフィルムにおいて引き裂かれやすさが増大し、引張り強さが減少する。その結果、機械的特性、密度などの第2のポリマー成分量によって影響される特性は、添加される第2のポリマー成分量に左右される。配合物中の第2のポリマーの量が増大すると、第2のポリマー成分がもはや分散したまたは離散した相として簡単に識別されない組成範囲に達する。配合物中の第2のポリマー成分量がさらに増大すると、相反転が生じて第2のポリマー成分は連続相になり、フィルムの機械的特性が過度に損なわれる。
【0021】
好ましくは組成中の第2のポリマー成分の量は、1質量%〜49質量%、より好ましくは5質量%〜40質量%、最も好ましくは10質量%〜30質量%である。これらの組成範囲において、第1の半晶質のポリマーは概して連続相を形成する一方、第2のポリマー成分は離散した不連続相を形成し、フィルムは機械的完全性を保持する。
【0022】
型押しされた製品の表面は、谷または比較的薄い部分によって隔てられた、隆起領域または比較的厚い部分の模様を示す。隆起領域は形状および寸法が均一でも異なっても良く、概して規則正しい配置または模様に配列される、稜線、マウンド、頂、円柱またはその他の突出部の形をとる。突出部がフィルムの外側端に対して45°以上の角度で伸びるように配列させることが重要であり、それによってフィルム外側端に垂直の位置から45°以下の角度で伸びる、突出部間の谷に沿った潜在的な引き裂きが連続的になることが促進される。突出部が実質的に横方向、すなわちフィルム外側端から約90°で伸びるように配列されることが好ましい。あらゆる突出部が、突出部間の谷の幅を顕著に上回る長さを有することがさらに好ましい。
【0023】
多種多様な模様が前出の基準を満たし、テープの流れ方向に対して実質的に横断して引き裂くこともできる接着テープの裏材料として、このような模様を有するフィルムが成功裏に使用できる。所望するならば型押し模様は、フィルムの横断方向と流れ方向の双方に引き裂けるように選択しても良い。典型的に線センチメートルあたり約5〜20個の突出部がある。突出部が形成された後に、フィルムの機械的特性が実質的に維持される限り、突出部はあらゆる適切な深さであることができる。突出部の深さは、典型的に延伸された熱可塑性フィルム厚の10〜約90%の範囲である。好ましくは突出部の深さは、典型的に延伸されたフィルム厚の25〜75%の範囲である。
【0024】
本発明のフィルムをテープ裏材料として使用して、接着剤を塗布して接着剤製品を製造しても良い。多くのタイプの接着剤が使用できる。接着剤としては、ホットメルト塗布調合物、転写式塗布調合物、溶剤塗布調合物、水をベースとする調合物、およびラテックス調合物、ならびにラミネート加工、熱活性化、および水活性化接着剤を挙げることができる。これらの接着剤は適切な塗布量で、リバースロール、ロール式ナイフ、グラビア、巻線ロッド、浮しナイフまたは、エアナイフなどの方法による溶剤コーティング、スロットオリフィスコーター、ロールコーター、または押出しコーターなどによるホットメルトコーティングなどの従来の技術によって塗布できる。
【0025】
発明で有用な接着剤の例としては、ポリアクリレートと、ポリビニルエーテルと、天然ゴム、ポリイソプレン、およびポリイソブチレンなどのジエン含有ゴムと、ポリクロロプレンと、ブチルゴムと、ブタジエン−アクリロニトリルポリマーと、熱可塑性エラストマーと、スチレン−イソプレンおよびスチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、エチレン−プロピレン−ジエンポリマー、およびスチレン−ブタジエンポリマーなどのブロック共重合体と、ポリ−α−オレフィンと、非結晶ポリオレフィンと、シリコーンと、エチレン酢酸ビニル、エチルアクリレート、およびエチルメタクリレートなどのエチレン含有共重合体と、ポリウレタンと、ポリアミドと、エポキシと、ポリビニルピロリドンおよびビニルピロリドン共重合体と、ポリエステルと、上記の混合物の一般組成物をベースとするものが挙げられる。さらに接着剤は、粘着性付与剤、可塑剤、充填剤、酸化防止剤、安定剤、色素、拡散粒子、硬化剤、および溶剤などの添加剤を含有することができる。
【0026】
本発明に従った有用な接着剤は、感圧接着剤であることができる。感圧接着剤は、常態では室温で粘着性を有し、最大でも軽い指先の圧力をかけることで表面に接着できる。有用な感圧接着剤の概要は、「Encyclopedia of Polymer Science and Engineering」第13巻、Wiley−Interscience Publishers(ニューヨーク、1988年)にある。有用な感圧接着剤の追加的説明は、「Encyclopedia of Polymer Science and Technology」第1巻、Interscience Publishers(ニューヨーク、1964年)にある。
【0027】
感圧接着剤は平面またはフィルムの模様のない表面に塗布しても良いが、接着剤を模様付き面に塗布することには特定の利点がある。例えば次にテープをロール形態に巻いた際に、接着剤の露出面がフィルムの平滑な裏面に接触するため、表面がほぼ平面に保たれる。このような平らな表面は、付着性表面または基材表面と迅速に接触を確立し、堅固かつ迅速に結合する。フィルムの模様付き面に塗布する場合、接着剤は突出部を完全にまたは部分的に覆っても良い。
【0028】
逆に平滑なまたは模様のない面に塗布すると、接着剤の露出面はフィルムの模様付き面に接触し、テープをロール形態に巻いた際に2つの表面間の接触面積が最小化され、より低い巻き戻し力が帰結する。接着剤を平滑面に塗布することで、低粘着性裏のりコーティング(LAB)の必要性を低下または除外できることが多い。
【0029】
感圧接着剤がフィルムの一面に塗布される場合、対向面に剥離コーティング(低粘着性裏のり(LAB)コーティング)が任意に塗布され、得られるテープがロールに巻かれた場合それ自体から巻き戻しでき、あるいはパッド形態の場合は剥離できるようにする。使用する場合、剥離コーティング組成物は接着剤組成物と相溶性であるべきで、接着剤組成物に移行することなどによってテープの接着剤特性を劣化させない。
【0030】
テープのLAB層の剥離コーティング組成物は、剥離性を与える成分として、シリコーン、アルキル、またはフルオロケミカル成分、または組み合わせを含んでも良い。発明のための有用な剥離コーティング組成物としては、米国特許番号第5,214,119号、第5,290,615号、第5,750,630号、および第5,356,706号で述べられるもののようなシリコーンポリウレタン、シリコーンポリウレア、およびシリコーンポリウレタン/ウレアなどのシリコーン含有ポリマー、そして米国特許番号第5,032,460号、第5,202,190号、および第4,728,571号で述べられるもののようなシリコーンアクリレートグラフト共重合体が挙げられる。その他の有用な剥離コーティング組成物としては、米国特許番号第3,318,852号で述べられるもののようなフルオロケミカル含有ポリマー、米国特許番号第2,532,011号で述べられるようなポリビニルN−アルキルカルバメート(例えばポリビニルN−オクタデシルカルバメート)などの長いアルキル側鎖を含有するポリマー、そして米国特許番号第2,607,711号で述べられるもののような高級アルキルアクリレート(例えばオクタデシルアクリレートまたはベヘニルアクリレート)を含有する共重合体、または米国特許番号第3,502,497号および第4,241,198号で述べられるもののようなアルキルメタクリレート(例えばステアリルメタクリレート)が挙げられ、アルキル側鎖は約16〜22個の炭素原子を含む。
【0031】
これらの剥離ポリマーを互いに、そして熱硬化性樹脂または熱可塑性フィルムと混合してポリマーが形成でき、剥離コーティング組成物が形成される。さらに剥離コーティング組成物中で、充填剤、色素、湿潤剤、粘度調整剤、安定剤、酸化防止剤、および架橋剤などのその他の添加剤を使用しても良い。
【0032】
裏材料層に対する接着剤の接着性を増大する下塗剤などの多数のその他の層がテープに添加できる。また裏材料および接着剤が協力して所望の巻き戻し特性が達成されるように、裏材料の剥離特性が修正できる。裏材料の剥離特性は、低表面エネルギー組成物、下塗り、コロナ放電、火炎処理、ラフニング、エッチング、および組み合わせを適用することで修正できる。
【0033】
図1は、漸加的な厚さの領域16によって連結される比較的厚い稜線12、薄い領域14を画定する平頭角錐の突出部模様を有する、本発明のフィルム10を製造するのに有用な型押しダイの上面図である。この型押し模様によって成形されるテープは、厚い稜線12によって作られる比較的薄い部分によって画定される線に沿って横断方向に簡単に破れ、介在する稜線のために延伸方向に沿った引き裂きに抵抗する。
【0034】
図2aは、線2a−2aに沿った図1の横断面図である。
【0035】
図2bは、線2b−2bに沿った図1の横断面図である。
【0036】
図3は、ひも状の稜線32および介在する谷部分33を含む、テクスチャー加工面を有する接着テープの拡大斜視図である。フィルムの平滑面34は、接着剤層35で被覆される。テープは横断方向には簡単に引き裂けるが、線3−3に沿った延伸方向では引き裂きに抵抗する。全ての稜はずしも同じ高さでなくても良いが、いずれの稜も最も高い稜線下にあるフィルムのキャリパー厚の約90%を越えない。この場合もこれらの限界を越えると、強度が望ましくないレベルに低化する。同様に谷は一定の深さではないが、各谷底33と平滑面34の間のフィルム厚は、キャリパー厚の約90%を越えない。厚さがこの範囲未満であると、フィルムは所望される程度の引張り強さに欠ける。厚さがこの範囲を越えると、フォイルを引き裂くことが困難である。これらの限界をいくらか越えても辛うじて機能する製品が製造できるが、得られる製品は稜線に平行な引張り強さが低下し、稜線に垂直な引き裂き抵抗性が低下する。
【0037】
図4では、ポリマーフィルム裏材料41は平滑面42と、頂に達する稜線44および介在する谷部分45を含むテクスチャー加工面43とを有する。突出部模様は延伸されて、フィルム外側端に対して45°以上の角度でフィルムの流れ方向を実質的に横断する引き裂きを促進する。
【0038】
図5では、ポリマーフィルム51は、1つの平滑面(図示せず)と、頂に達する稜線53および介在する谷部分54を有する模様付き面52とを有する。稜線は大きさと分布が比較的無秩序であるが、フィルム外側端に垂直な(そして延伸方向に垂直な)主軸を有して、横断方向への引き裂きを容易にする。
【0039】
図6は、図1に類似した代案の型押し模様を使用したフィルムの上面図である。模様は、浮出しの平頭角錐を囲む比較的薄い領域61の網目状模様、および2つの間の漸加的な厚さの領域63を含む。比較的薄い部分が、フィルム外側端に対して平行および垂直の双方に配列するために、フィルムは横方向と流れ方向の双方に引き裂くことができる。
【0040】
本発明のフィルムは、半晶質の第1のポリマー成分および第1のポリマー成分よりも低い降伏点を有する第2のポリマー成分を含む溶融加工された混合物を含むフィルムを提供し、フィルムを延伸して、延伸されたフィルムを模様で型押しして延伸方向を実質的に横断する方向に引き裂き性を与えて調製しても良い。任意に、縦方向にも引き裂き性を与える模様を選択しても良い。
【0041】
溶融物溶液は、押出し装置などの連続混合装置内でポリマーを混合して調製される。第1および第2のポリマーは同時に添加しても良く、または第2のポリマーは第1の半晶質のポリマー成分が融解した後に添加しても良い。溶融物溶液が十分に混合された後、それを平板押出しダイまたはフィルムダイを通して押出して、フィルムまたはシートの形状に成形する。
【0042】
成形製品の冷却は、フィルム(またはシート)を鋳造ホイール、水浴、または空気に接触させることで起きる。ポリマー混合物が不相溶の場合、冷却は概して第1のポリマー成分の結晶化沈殿によってポリマー成分間に相分離を引き起こし、ポリマードメインの網目状組織が形成される。この方法では結晶化速度は、全体的な所望の結晶部位数を達成するのに十分でなくてはならないものと理解される。結晶化速度は既知の加工条件に影響され、結晶化速度が過度に緩慢な場合は、熱伝達の増大(すなわちより早い急冷速度)および/または成核剤の添加などの追加要因を考慮しなくてはならない。概して圧延などの既知のポリマー加工技術を使用して、第1のポリマー成分の結晶化度を最大化することが望ましい。
【0043】
一軸延伸されたポリマーフィルムは、ポリマー配合物(第1および第2のポリマー成分を含む)フィルムを軟化転移温度以上の温度に加熱し、続いて1つ以上の方向に引き延ばすなどの技術分野で既知の方法によって調製される。典型的にポリマーシートを押出し(「溶融押出し」とも称される)、次に所望の温度で急速な引き延ばしによって延伸して延伸されたフィルムを形成し、その後急冷する。急冷は、分子緩和によって延伸が失われないことを確実にする。延伸は、技術分野で流れ方向または縦方向と称されるフィルム移動方向に生じることができる。代案としては、フィルムを幅出機の手段によって、流れ方向に直交する横断方向に一軸延伸しても良い。延伸されたフィルムの機械的特性は延伸方向と程度次第で異なり、縦および横断方向に関して参照されることが多い。延伸からは、典型的に増大した弾性率、低下した破断点伸び、および増大した破断点引張り強さを有するより硬いフィルムが生じる。しかしこのような剛性などの機械的特性が増大すると、これまでどおり手で引き裂けないフィルムが製造される。
【0044】
延伸条件は、フィルムの完全性が保持されるように選択される。したがって引き延ばした際に、主成分の実質的な引き裂きまたは断片化を避けるように温度が選択される。温度が低すぎるまたは延伸比が高すぎると、フィルムは特に引き裂きまたは壊損を被りやすい。好ましくは延伸温度は、主成分のガラス転移温度を越える(しかし融解温度未満である)。このような条件によって、フィルムの完全性を失うことなく最大限の一軸延伸が可能になる。フィルムを少なくとも3:1、好ましくは少なくとも6:1、そして最も好ましくは少なくとも8:1に引き延ばすことが好ましい。第1のポリマー成分が、ポリマーマトリックスの連続相を提供し、第2のポリマー成分が不連続相を生じることがさらに好ましい。
【0045】
より高い延伸比、そして強度と剛性が所望される場合、急冷後、引き延ばしに先立って、一軸延伸フィルムを圧延しても良い。圧延によって引き続くより高い延伸比が可能になり、より高い分子延伸を達成することが可能になる。適温で圧延することで、ポリマーの絡み合いの切断および分裂を通じて平均結晶サイズを低下でき、ポリマー球晶に縦横比を強制できる(すなわちフィルム平面に直角な方向に偏平にして流れ方向に伸長する)かもしれない。
【0046】
圧延は、好ましくはα結晶化温度以上で実施される。この温度Tα cは、より大きな層状の結晶ユニット内で、結晶子サブユニットを移動させられる温度に相当する。この温度を越えると、層状すべりが生じて伸びきり鎖結晶が形成し、ポリマーの非結晶領域が層状の結晶構造に取り込まれるにつれて、結晶化度が増大する効果がある。圧延するステップは、微小繊維を最初の放射状に延伸された球体からフィルム平面に延伸する効果を有する。
【0047】
延伸されたポリマーフィルムの最終厚は、キャスティング厚、延伸の程度、そして圧延などのあらゆる追加的加工によってある程度定まる。ほとんどの用途で、型押しに先立つフィルムの最終厚は1〜20ミル(0.025〜0.5mm)、好ましくは3〜10ミル(0.075〜0.25mm)である。
【0048】
本発明で有用な延伸ポリマーフィルムは、充填剤、可塑剤、着色剤、潤滑剤、加工助剤、成核剤、紫外線光安定剤、およびその他の改質剤を含有しても良い。典型的にこのような材料は、延伸フィルムにされる前に(例えばフィルムに押出す前にポリマー溶融物中で)ポリマーに添加される。有機充填剤としては、有機染料および樹脂、ならびにナイロンおよびポリイミド繊維などの有機繊維が挙げられる。無機充填剤としては、色素、ヒュームドシリカ、炭酸カルシウム、タルク、珪藻土、二酸化チタン、炭素繊維、カーボンブラック、ガラスビーズ、ガラスバブル、鉱物繊維、粘土粒子、金属粒子などが挙げられる。引き裂きおよび引張り強さなどのフィルムの機械的特性が過度に損なわれない限り、充填剤は、延伸されたフィルムを形成するポリマー配合物100部あたり約100部までの量で添加できる。難燃剤、安定剤、酸化防止剤、相溶性付与剤、抗菌剤(例えば酸化亜鉛)、導電体、および熱導体(例えば酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、およびニッケル粒子などのその他の添加剤)もフィルム形成するのに使用されるポリマーに、約1〜約50容積%の量で混合できる。
【0049】
型押しとは、製品表面に模様を印加する工程を指す。型押しは典型的に、型押しロール上の金属層などの硬質材料上に形成された雄型模様の手段によって達成される。当業者は、連続工具仕上げベルトまたはスリーブ使用をはじめとするいくつかの方法によって型押しが実施できることを理解する。好ましい金属層としては、ニッケル、銅、鋼、およびステンレス鋼を含むものが挙げられる。模様は典型的に金属層内に酸エッチングされまたは機械加工され、多種多様な大きさと形を有することができる。金属表面に線刻できるあらゆる模様が、この発明の実施において使用できる。有用な型押しの一方法が、譲受人の同時継続米国特許出願第08/942,062号で述べられている。
【0050】
「模様」は、型押しされた模様が、実質的に横断方向に引き裂き性を促進さえすれば、必ずしも規則正しい反復する配列を意味せず、同一または異なる大きさを有する形態の無秩序な並びを意味しても良い。本発明の実施に適した模様としては、四面角錐、平頭四面角錐、円錐、直線、波線、正方形または長方形ブロック、半球などが挙げられ、型押しロールの少なくとも一部分に付与される。模様の個々の形態は、突出部と称される。突出部の数および間隔と、その深さ、鋭い反射端の角度、および形などの個々の突出部の性質とを所望により変化させて、実質的に横断方向のそして任意に縦方向の引き裂き性を促進できる。例えば実質的に横断する線または稜線の型押し模様は、制御された横の引き裂きおよび遅れた縦の引き裂きを促進する一方、谷または比較的薄い部分を有する反復する角錐模様は、横および縦方向の双方で制御された引き裂きを促進できる。所望するならば、フィルム外側端から45°などの所定の角度で模様を片寄らせて引き裂きを促進しても良い。選択されるあらゆる模様は、フィルム平面に対して浮上りまたは窪みであっても良いものとする。
【0051】
以下で例証するように、延伸されたフィルム上に複数の突出部が形成する。典型的に1直線センチメートルあたり約5〜20個の突出部がある。突出部が形成した後に、フィルムの機械的特性が所望の最終用途に十分であれば、突出部はあらゆる適切な深さであることができる。突出部の深さは典型的に延伸された熱可塑性フィルムの厚さの10〜約90%の範囲である。好ましくは突出部の深さは、典型的に延伸されたフィルム厚の25〜75%の範囲である。好ましくは模様は横方向に不連続であり、すなわち延伸方向に垂直方向に不連続である。型押しされていないフィルムの領域を有する不連続模様は、フィルムの引張り強さを縦方向により良く保つことが分かった。不連続模様の一実施例を図1、2および2bに示す。
【0052】
本発明の方法では、第1および第2の主面を有する延伸された熱可塑性フィルムが提供される。熱可塑性フィルムは、フィルム張力を制御する役目をするローラーなどの間、またはその上を移動する。フィルムの第1および第2の主面の少なくとも1つは、火炎、プラズマトーチなどの熱源からの熱流束に曝される。熱源によって所望の時間枠内に軟化する表面が得られ、すなわちバルクフィルムの延伸および/または特性に顕著な変化を引き起こすことなく、十分迅速にフィルム表面の軟化が起きる。熱源に曝す間に、フィルムを受けロールなどの支持体上で移動させても良い。フィルムのための支持体は、加熱中にフィルムの歪みを最小化できる。熱源は、延伸された熱可塑性フィルム表面に十分な熱を提供して、型押しに必要とされるように表面を軟化する。
【0053】
型押しは、技術分野で既知のあらゆる手段によって実施できる。好ましい型押しの方法は、型押し表面を有するニップを通して軟化したフィルムを移動させることである。「ニップ」とは、それらの間をフィルムが通過する際に、フィルムに圧力をかける近接した2本のロールを指す。型押し表面はフィルムに十分な力で接触して、フィルムの軟化した表面に突出部を作る。次に軟化したフィルムが先立つ延伸によってバルク特性に顕著な変化を起こす前に、多数の方法のいずれかによって型押しフィルムを冷却し、軟化表面の温度をその軟化温度未満に低下させる。このような方法としては、フィルムを1本以上の冷却ローラー上で移動させて、それを水浴にデリバリすること、またはエアナイフの使用などにより空気その他の気体によって冷却することが挙げられる。
【0054】
この用途では「ドウェル時間」は、軟化、型押し、およびフィルムの冷却を組み合わせたステップにかかる時間として定義される。ドウェル時間は、フィルムの加熱、型押し、冷却に使用されるシステムのコンフィギュレーション(例えば装置の大きさ、およびフィルム速度)次第で異なる。熱への暴露時間は、型押しロールとの接触に先立って、延伸された熱可塑性フィルムの表面を軟化するのに十分であるべきであり、ドウェル時間はフィルムの機械的特性の破壊を引き起こすほど長くてはならない。したがって好ましい実施態様では、ドウェル時間は可能な限り短い。
【0055】
フィルムが延伸されて型押しされた後に、それをさらに加工しても良い。例えば延伸方向に退縮しないようにフィルムを拘束しながら、半晶質ポリマー成分をさらに結晶化するのに十分な温度にフィルムを曝すことにより、フィルムをアニールまたはヒートセットしても良い。同様に、接着促進コロナ放電(コロナ処理)を利用しても良い。このような表面処理によって、接着剤または低粘着性裏のりなどの塗布されたコーティングのより強力な接着が可能になるが、フィルムのバルク機械的特性には悪影響を与えない。
【0056】
発明の制限を意図するものではない以下の実施例によって、本発明をさらに例証する。
【0057】
引き裂き試験
流れ方向(MD)または横断方向(TD)の引き裂きを試験するために、水平に2.5mmの間があいたインストロン試験機の1組の可動ジョーの間に、およそ75mm長さで最低25mm幅の標本の1つを挟んで、長径が水平に伸びるようにして標本を鉛直面に載せた。関心のある引き裂き力の方向次第で、ジョーの間で流れまたは横断方向に伸びる試験標本の端に小さなスリットを作った。試験標本面に垂直に、1インチ/分または50インチ/分(2.5cm/分または127cm/分)の速度でジョーを引き離し、引き裂きを広げるのに必要な力をを記録した。
【0058】
実施例1
ポリプロピレン(FINATM3374X、テキサス州ダラスのFina,Inc.)およびメタロセンエラストマーポリオレフィン(ENGAGETM8180、デラウェア州ウィルミントンのDuPont Dow Elastomers LLC)の80:20w/w配合物を(送り込みから末口まで)229℃、239℃、247℃、246℃の温度プロフィールを有する一軸押出し機内で50rpmで混合した。246℃の単一スロットダイを使用して、90℃に保たれた鋳造ホイール上に厚さの1.6mmのフィルムを押出した。95℃に予熱した6個の15cm径ロールを含む長軸オリエンター(ドイツ国ジーグドロフのBruckner Maschinenbau GmbH)内に、フィルムの各面が3個のロールに接触するようにして、キャストしたフィルムを直接供給した。供給速度は1m/分であった。予熱したロールから出てきたフィルムを95℃に加熱した2個の7.3cm径ロール間で6:1の延伸比で引き延ばした。次にフィルムを130℃に加熱した長いオーブン内に導いて、それを1.25:1の比率でさらに引き延ばし、次にテンシライザのロール間で2:1の延伸比で引き延ばした。延伸したフィルムを一連の加熱していないロール上で23℃に冷却し、次に巻き取りリールに巻いた。全ての操作の全体的な延伸比は、15:1であった。最終フィルムのキャリパー厚は0.15mmであった。
【0059】
3.1m/分、圧力2.1MPaで118℃に加熱した2本のロールの間で、延伸したフィルムを型押しした。圧延ステーションは、低い方にある25.4cm径×55.9cm幅の滑面鋼ロールと、高い方にある25.4cm径×55.9cm幅の刻印模様付き鋼ロールとから構成され、模様は0.91mm(横断方向)×0.20mm(流れ方向)×0.23mm高さの長方形のブリック様要素から成り、流れおよび横断方向の反復距離は1.27で、11.5%の接合面を有し(ウィスコンシン州プラスキのIndustrial Engraving and ManufacturingCo.からパターンI9418として入手できる)、型押しは名目上のフィルム厚を0.15mmから0.30mmに増大させた。
【0060】
この実施例の型押しフィルムをジョー速度2.5cm/分で引き裂き試験にかけた。流れ方向の引き裂き値は2.14Nであり、横断方向では1.16Nであった。同様に127cm/分のジョー速度では、値はそれぞれ1.24および0.85Nであった。
【0061】
フィルムの型押しされていない面を線速度0.23m/秒で700Wのコロナ放電下で処理し、接着剤コーティングのために表面を準備した。水をベースとするアクリル接着剤(R9319TM、コネチカット州ダンベリーのUnion Carbide Corp.)をフィルムの型押しされていない面に塗布量62.8g/m2で0.05m/秒でナイフ塗布した。接着剤コーティングを66℃で風乾して、接着テープ構造物を調製した。
【0062】
実施例2
色素とENGAGETMポリオレフィンを空練して、ポリプロピレンと共に46rpmで操作される一軸押出し機に供給して、ポリプロピレン(FINATM3271、Fina,Inc.)と、2重量%のReed Spectrum Gray色素(マサチューセッツ州ホールデンのReed Plastics Corp.)を含有する熱可塑性ポリオレフィン(ENGAGETM8180、Dow DuPont Elastomers LLC)との75:25w/w配合物を調製した。押出し機の温度プロフィールは、(送り込みから末口まで)199℃、216℃、238℃、238℃、238℃、238℃、260℃であり、2m/分で操作される鋳造ホイールは82℃に加熱された。厚さおよそ1.63mmのフィルムが製造される速度で、得られる配合物を押出した。
【0063】
米国特許番号第5,079,066号の実施例1および図3で述べられているように、予熱ゾーン、第1の急速延伸ゾーン、および第2の急速延伸ゾーンから構成される一連の加熱ロールを使用して、得られるフィルムを長さ方向に延伸した。本実施例では全てのゾーンのローラーを149℃に保ち、延伸フィルムを82℃の冷却ロール上で冷却した。第1の急速延伸ゾーンの延伸比は6:1、第2の急速延伸ゾーンの延伸比は1.5:1であり、フィルムに対する全体的な延伸比は9:1になった。
【0064】
実施例1で述べられている型押し工具を使用して、延伸したフィルムを型押しした。2.7Mpaの圧力下で双方のロールに対する圧延温度は138℃、圧延速度は1.5m/分であった。型押しにより、名目上のフィルム厚がおよそ0.34mmに増大した。
【0065】
型押しフィルムの引っ張り特性は、2511−317型500Nロードセルを装着した1122型引張試験機(イリノイ州パークリッジのInstron Corp.)を使用して、23℃で測定した。装置ゲージのギャップは5.1cmであり、クロスヘッド速度は30.5cm/分であった。結果を表1に示す。表1の「MD」は流れ方向または延伸方向を指し、「TD」は横断方向を指す。比較の目的で、ダクトテープサンプル(Highland6969TMとして3M社から入手できる)も試験した。
【0066】
【表1】
【0067】
表1のデータは、型押しがフィルムの耐荷力の減少を引き起こすが、耐荷力は十分高く保たれ、許容可能なフィルムテープ裏材料が製造されることを示す。これはフィルムの延伸のため、型押し前には耐荷力(表1の最大荷重)が非常に高いせいである。延伸工程はウェブ交差方向に追加的強度を与えないために、ウェブ交差方向における最大荷重は、型押しによって変化しない。これらの値を得るために使用した計算は、型押し後に存在した実効耐荷力横断面積ではなくフィルムの名目上の横断面積を使用したために、引張り係数と引張り強さについて示した値は型押しフィルムでは減少する。
【0068】
表1のデータからは、本発明の型押しフィルムを横断または流れ方向のどちらに引き裂くのにも、市販のダクトテープで必要な力よりもはるかに少ない力が必要であることも示される。比較例の型押しされていないフィルムは、まっすぐにあるいは横断方向に平滑に引き裂かれず、概して垂線から約20°に引き裂かれる。発明の型押しフィルムのMDおよびTD値の比較からは、型押しによってフィルムが流れ方向に分裂する傾向が制御されあるいは低下して、横断方向への引き裂きが容易になることが示される。また型押しされていないフィルムとは異なり、どちらの方向への引き裂きもまっすぐで平滑であることも分かった。
【0069】
接着テープを調製するために、型押しフィルムの平滑(型押しされていない)面を線速度0.23m/秒で700Wでコロナ処理した。0.23m/秒のロトグラビアロールコーティング(200QCHロール、ノースカロライナ州シャーロットのConsolidated Engravers Corp)によって、米国特許番号第5,512,650号、第5,214,119号、および第5,290,615号で述べられているように調製した低接着性裏のり(LAB)をコロナ処理された面に塗布した。次にオーブン内で65℃で溶剤を除去した。回転ロッドダイを使用して塗布量125g/m2で、コロナ処理されていないフィルムの型押し面にホットメルト接着剤を塗布した。
【0070】
フィルムを被覆するのに使用した接着剤は、SI星状体ブロック共重合体、粘着性付与剤、可塑剤、酸化防止剤、および白色色素を押出し機内で混合して、フィルムの型押しされた面に押出して調製した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の有用な型押し模様を示す。
【図2a】 本発明の有用な型押し模様を示す。
【図2b】 本発明の有用な型押し模様を示す。
【図3】 本発明の有用なテープ構造を示す。
【図4】 本発明の有用なテープ構造を示す。
【図5】 本発明の有用なテープ構造を示す。
【図6】 本発明の有用なテープ構造を示す。
Claims (9)
- 多量の半晶質の第1のポリマー成分、
および第1のポリマー成分よりも低い降伏点を有する少量の第2の熱可塑性エラストマーポリマー成分のポリマー配合物と、
延伸方向に対し実質的に横断する方向に所定の引き裂き性を提供する型押しされた模様とを含み、
前記熱可塑性エラストマーポリマー成分がメタロセンポリオレフィン、ポリエステル熱可塑性エラストマー、ポリウレタン熱可塑性エラストマー、ポリアミド熱可塑性エラストマー、イオノマー熱可塑性エラストマー、スチレン−イソプレンブロックコポリマー、直鎖スチレン−(エチレン−ブチレン)ブロックコポリマー、直鎖スチレン−(エチレン−プロピレン)ブロックコポリマー、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー並びに直鎖、放射状及び星状スチレン−ブタジエンブロックコポリマーより選ばれる、型押しされた一軸延伸フィルム。 - 感圧接着剤層をさらに含む、請求項1に記載のフィルム。
- 半晶質の第1のポリマー成分の連続相および第2のポリマー成分の不連続相の不相溶ポリマー配合物を含む、請求項1に記載のフィルム。
- 前記第1のポリマー成分が、高および低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリ(メチルペンテン)、ポリ(エチレン−クロロトリフルオロエチレン)、ポリ(フッ化ビニル)、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)、ナイロン6、ナイロン66、ポリブテン、およびサーモトロピック液晶ポリマーから選択される、請求項1に記載のフィルム。
- 型押しされる模様が、角錐、円錐、直線、波線、半球、およびブロックから選択される非無作為模様である、請求項1に記載のフィルム。
- 型押しされる模様が、フィルムの側方端に対して45度以上の角度で伸びるように配置される、請求項1に記載のフィルム。
- 型押しされる模様が、直線センチメートルあたり5〜20個の突出部を含む、請求項1に記載のフィルム。
- 前記突出部が延伸されたフィルムの10〜90%の厚さである、請求項7に記載のフィルム。
- 型押しされる模様が横方向に不連続である、請求項1に記載のフィルム。
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