JP4751233B2

JP4751233B2 - シート状物の製造方法および製造装置

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Publication number: JP4751233B2
Application number: JP2006119070A
Authority: JP
Inventors: 庸介中西; 司西村
Original assignee: Teijin DuPont Films Japan Ltd
Current assignee: Teijin DuPont Films Japan Ltd
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-04-24
Also published as: JP2007289829A

Description

本発明は、熱可塑性樹脂フィルム等のシート状物の表面に塗液を塗布するシート状物の製造方法および製造装置に関しする。さらに詳しくは、走行するシート状物の走行方向と逆方向に回転するグラビアロールで塗液を塗布する工程を含む熱可塑性樹脂フィルム等のシート状物の製造方法および製造装置に関する。

ポリエチレンテレフタレートフィルムに代表される二軸延伸ポリエステルフィルムは、タッチパネル用、ＣＲＴディスプレイ用などの高透明性が要求される光学用途フィルムのベースフィルムとして広く使用されている。また、近年はＰＤＰ用、液晶用へも使用されつつある。これらのフィルムに機能性、例えば易接着性、易滑性、ガス遮断性、防湿性、制電性を付与する目的で、フィルムの製膜工程においてこれらの機能を備えた塗液を塗布することが広く行なわれている。

一般的に、熱可塑性樹脂フィルム等のシート状物の表面に塗液を塗布する方法としてリバースグラビアコータを使用する方法がある。このリバースグラビアコータは、１本のグラビアロールでコーティングする方法である。したがって、装置構成がシンプルで設備コストが低いこと、取り扱いが簡便なこと、高速でも塗布欠点無く塗布できることなどのメリットがある。

その反面、このリバースグラビアコータでは、表面に凹凸を形成したグラビアロールを逆方向に回転させた状態で直接シート状物に当てて機能剤からなる塗液を塗布する。そのため、シート状物に擦り傷を付けやすいという欠点がある。特に、高透明性が要求される光学用途フィルムでは、フィルム中にフィルムの滑り性を向上させる有機・無機の滑剤量を多く入れられない。このため、フィルム表面に傷が入りやすいという欠点がより顕著となる。

そこで、フィルムに発生する擦り傷を防止するために、グラビアロールの表面に形成するための凹凸形状を持つグラビアセルの土手部エッジに特定の丸みを付与する技術が特開２００１−３２１７０６号公報に開示されている。確かに、この従来技術は、擦り傷防止にある程度の効果がある。しかしながら、グラビアロールとフィルムとの擦過によって生じる擦り傷の発生を防止するために、単にグラビアセルの土手部エッジに丸みを付与するだけでは、擦り傷の発生を効果的に抑制するには限界があり、不十分である。

一般に、フィルムなどのシート状物に塗液を塗布する場合には、シート状物に発生する皺を延ばさなければならない。ところが、皺を延ばすためには、フィルムなどからなるシート状物の走行張力を高くするような設定をしなければならない。

ところが、このようにすると、シート状物に擦り傷が発生する。特に、フィルムの製造工程中で塗液を塗布しようとする場合には、この塗布工程は縦延伸工程と横延伸工程の間で行われるので、この現象がより顕著となる。何故ならば、製膜の安定性を考慮すると、シート状物の走行張力を十分に下げられず、それ故に、高張力下で塗液を付与しなければならなくなるからである。このため、より高張力下で走行するフィルムなどのシート状物に対して塗液を塗布しなければならなくなる。

このような高張力下における塗液の塗布では、当然のことながら、シート状物はグラビアロールに強く押しつけられる。したがって、グラビアロールとの間の接触圧力が必然的に増加し、フィルムの表面にますます傷が入りやすい状況となる。しかも、リバースグラビアコータは、フィルムなどのシート状物の走行方向と逆方向にグラビアロールが回転する方式である。このため、摩擦による擦り傷の発生がより顕著となる。したがって、リバースグラビアコータは、前述のように、多くのメリットを有するが、実際のシート状物の製造工程において製造機として使えない場合がある。
特開２００１−３２１７０６号公報

以上に述べた諸問題に鑑み、本発明は、熱可塑性樹脂フィルムなどのシート状物に対して、シート状物の製造工程中で、リバースグラビアロールを使用して機能剤からなる塗液を塗布すると、シート状物に擦り傷が発生するという前述の問題を極めて効果的に解消できるシート状物の製造方法および装置を提供することを目的とする。

ここに、前記課題を解決するための本発明として、「連続して走行するシート状物の走行方向と逆方向に回転するグラビアロールのセルから前記シート状物に塗液を接触塗布してシート状物上に連続的に塗膜を形成させるシート状物の製造方法において、前記グラビアロールの直径Ｄを１５〜７０ｍｍにするとともに、前記セルを形成する土手部エッジの曲率半径Ｒを１０〜２００μｍとしたことを特徴とするシート状物の製造方法」が提供される。

その際、前記シート状物の製造方法としては、シート状物の表面粗さ（Ｒａ）を０．０３μｍ以下とすることが好ましく、更に、前記シート状物が熱可塑性フィルムであることが好ましい。

また、前記課題を解決するための本発明として、「連続して走行するシート状物の走行方向と逆方向に回転するグラビアロールのセルから塗液をシート状物に接触塗布してシート状物上に連続的に塗膜を形成させるシート状物の製造装置において、前記グラビアロールの直径Ｄを１５〜７０ｍｍにするとともに、前記セルの土手部エッジの曲率半径Ｒを１０〜２００μｍとしたことを特徴とするシート状物の製造装置」が提供される。

その際、前記シート状物の製造装置では、前記グラビアロールが、セラミック溶射された表面にレーザー光でセルを彫刻したグラビアロールであって、セルの土手部エッジを表面粗さ（Ｒａ）が１〜２０μｍの研磨テープで研磨処理、及び／又は粒径が１〜２０μｍの研磨剤を用いワイヤーブラシでブラッシング処理されていることが好ましい。

本発明によれば、小径グラビアロールを用い、更に、グラビアセルの土手部エッジに丸みを持たせることで、シート状物に擦り傷が極力発生しないよう塗工できる。

先ず、本発明において、「シート状物」とは、「熱可塑性樹脂フィルム、紙、不織布ウェブなど」を指す。中でも、本発明において好ましい「シート状物」は、「熱可塑性樹脂フィルム」である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、熱可塑性フィルムなどからなる走行シート状物の表面に対して塗液を塗布するリバースグラビアコータの一実施形態を模式的に例示した側断面図である。なお、図２は、図１の要部拡大図である。

これら図１および図２において、符号１はグラビアロール、符号２はフィルムなどのシート状物、符号３はドクターブレード、符号４はノズル、符号５はスリット、符号６はグラビアセルの土手部エッジ、符号Ｄはグラビアロールの直径、符号Ｇはギャップ、符号Ｌはシート状物２のグラビアロールとの接触長、符号Ｒは土手部エッジの曲率半径、符号Ｖｆはシート状物の走行方向、符号Ｖｒｆグラビアロールの回転方向、そして、符号θはグラビアロールのシート状物の抱き角をそれぞれ示す。

以上に説明したように構成されるリバースグラビアコータの実施例では、グラビアロールの回転方向Ｖｒは、シート状物の走行方向Ｖｆに対して、リバース方向（逆方向）となっている。このようにすると、高速でも塗布欠点無く塗布でき、高速走行するシート状物に対して外観よく塗液を塗布できることは、「背景技術」欄で既に述べた通りである。

本発明に好適に使用できるリバースグラビアコータの構造としては、グラビアロール１に対してシート状物２の幅方向に伸びたギャップＧを介して塗液を吐出するためのノズル４が配置されている。また、シート状物２の幅方向には、塗液を吐出するスリット５が図示したようにノズル４に形成されている。

したがって、ノズル４のスリット５からギャップＧに吐出された塗液はギャップＧを満たされ、この満たされた塗液によってグラビアロール１の下部が浸漬された状態を現出する。このとき、塗液に浸漬されるグラビアロール１の表面には、塗液をピックアップするためのグラビアセルが彫刻されている。したがって、グラビアセルにピックアップされた塗液はグラビアロール１が回転するにつれて、シート状物２が走行する位置へもたらされる。

その際、ドクターブレード３により、グラビアロール１に余剰にピックアップされた塗液がかきとられ、余剰の塗液がかきとられた後の所定の塗液がシート状物に塗布される。なお、前記ノズル４の代替として、ドクターブレード付きクローズドチャンバーで塗液を転写させる場合もある。

以上に説明したように、リバースグラビアコータは、比較的シンプルな構造を有する装置である。なお、グラビアロール１は、通常の鋼管材料にクロームメッキを施し、グラビアセルを彫刻したものが一般に使用される。また、鋼管材料にセラミックを溶射しその表面にレーザー光によってグラビアセルを彫刻したものも使用可能である。このセラミック溶射したグラビアロール１は、耐摩耗性がよいために長時間使用しても磨耗しにくい。

その上、レーザー光によって彫刻されたグラビアセルの形状は、釣鐘状の３次元形状となる。この形状は、塗液の固形分がセル内に残留堆積しにくく、しかも洗浄もしやすい形状である。したがって、本発明においては、セラミック製のグラビアロールを塗工ロールとして用いることが好適である。

その反面で、以上に説明したグラビアロール１では、グラビアセルを仕切る土手部エッジ６の形状が問題である。何故ならば、土手部エッジ６が尖っていると、この土手部エッジ６にシート状物２が擦過されると、擦り傷を発生させるからである。したがって、土手部エッジ６の形状は、シート状物に擦り傷を与えないために、図３に示すように、土手部エッジ６に鋭い角部がないように丸く仕上げることが必要である。

なお、本発明で言う「土手部」について付言しておくと、「土手部」とは、塗液をグラビアローラ上にピックアップするために凹凸形状が彫刻されたグラビアセルに関して、塗液をピックアップする凹部の周囲を取り囲む凸部のことを指すものとする。すなわち、「グラビアセル」の凹部は塗液を溜める「窪み」であって、凸部は塗液が流れ出さないように「窪み」の周囲を取り囲む「土手」である。

本発明において、前記土手部エッジ６の曲率半径Ｒが１０〜２００μｍであればよく、より好ましくは３０〜１００μｍである。何故ならば、曲率半径Ｒが１０μｍ未満の尖ったエッジを形成すると、前述のようにシート状物２に擦り傷が入りやすいからである。逆に、曲率半径Ｒが２００μｍより大きいと、グラビアセルの凹部にピックアップする塗液の体積が減ってしまい、塗布量が制御しにくくなるので好ましくない。

この土手部エッジ６に丸味Ｒを付与する方法としては、表面粗さ（Ｒａ）が１〜２０μｍの市販の研磨テープで土手部エッジ６を研磨する方法がある。また、その他の方法として、ビーズブラストなどの方法も例示できる。しかし、この方法では、前述のようにグラビアロール１の表面をセラミックとした場合、ビーズブラストによってセラミック表面に欠けが生じる場合がある。

したがって、グラビアロール１の表面をセラミックとする場合には、ワイヤーブラシを用い、表面をブラッシングする方法が好適である。このとき、ワイヤーブラシのワイヤーの線径は５０〜１５０μｍが好ましく、特に約１００μｍがより好適である。何故ならば、５０μｍ未満であると、ワイヤーの腰が無くブラッシングに時間がかかり、逆に、１５０μｍより太いと土手部エッジ６を部分的にブラッシングすることが困難となるからである。なお、平均粒径が１〜２０μｍの研磨剤をブラッシングに用いると、仕上げまでの時間を短縮できる。

以上に述べたように、グラビアセルの土手部エッジ６に丸味を付けただけでは、走行するシート状物２に発生する擦り傷に係る問題を解消するには不十分である。そこで、本発明においては、フィルムに擦り傷が発生するとしても、実質上目視で確認できないような擦り傷であり、しかも、発生する擦り傷をより短くするように工夫する必要がある。

そこで、この問題を解消するために、本発明に使用するグラビアロール１の直径Ｄを小径化する。なお、図２に示すように、グラビアロール１に接触するシート状物２の抱き角θが変わらないとした場合、グラビアロール１の直径Ｄを小径化すればするほど、シート状物２とグラビアロール１との接触長Ｌはそれだけ短くなる。このように、接触長Ｌが短くなると、当然のことながら、接触面積も減少するため、グラビアロール１とその上を走行するシート状物２との間に作用する摩擦力を低減できる。しかも、接触長Ｌが短くなって、その上、摩擦力も低減できると、グラビアロール１上を走行するシート状物２に発生する擦り傷が短くなり、しかも、発生する擦り傷も目立たなくなることは言うまでもない。

以上に詳細に説明したように、本発明では、シート状物２に発生する擦り傷を短くかつ目立たなくするために、グラビアロール１を小径化することが肝要である。具体的には、グラビアロール１の直径Ｄを１５ｍｍ以上、７０ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下である。なお、グラビアロール１の直径Ｄが１５ｍｍ未満にすると、ピックアップする塗液量を精密に制御することが困難となると共に、グラビアロール１の剛性が不足して撓んだりするため好ましくない。逆に、７０ｍｍを超えると、前述のような擦り傷に係る問題を惹起する。

以上に述べたように、本発明においては、シート状物の少なくとも片面に塗膜を設けるが、本発明では、このようなシート状物として好ましいのは熱可塑性樹脂フィルムであり、この熱可塑性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の如きポリエステルフィルム、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２等の如きポリアミドフィルム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等の如きポリオレフィンフィルム、また、それぞれのポリマーをブレンドしたフィルム等を例示できる。これらのフィルムの中でも、本発明においてはポリエステルフィルムを用いることがより好ましい。

以上に述べたポリエステルフィルムを構成するポエステルとしては、本発明においては、ジカルボン酸成分とグリコール成分とからなる結晶性線状ポリエステルであることが好ましい。このジカルボン酸成分としてはテレフタル酸、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、４，４’−ジフェニルジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸等を例示することができる。これらの中、特にテレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸が好ましい。

また、グリコール成分としてはエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，６ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ビスフェノールＡ、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等を例示することができる。これらの中、特にエチレングリコールが好ましい。

本発明においては、最終延伸後の熱可塑性樹脂フィルムの表面粗さＲａが０．０３μｍ以下である場合にフィルムの擦り傷をなくす効果を顕著に発揮できる。

本発明において塗液としては、フィルムに例えば易接着性層、易滑性層、ガス遮断性層、防湿性層、制電性層等の機能性層を塗設するため、シリコーンといった機能成分を固形分として含む塗液を挙げることができる。塗液の固形分としては、上記の機能成分の他、塗膜とフィルムとの接着性を良好なものとするためバインダー成分も含めることができる。

バインダー成分としては、例えばポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ビニル樹脂、アクリル変性ポリエステル、ポリエーテル、水溶性樹脂等を用いることができる。

また、本発明における塗液は、水に前記の機能成分やバインダー成分が溶解および／または分散した水性塗液を使用することが特に好ましい。この水性塗液には機能成分やバインダー成分に、例えばフィラー、界面活性剤、酸化防止剤、帯電防止剤、着色剤、顔料、蛍光増白剤、可塑剤、架橋剤、潤滑剤、紫外線吸収剤等の成分を添加することができる。水性塗液の固形分濃度は通常、１〜３０ｗｔ％であるが、特に２〜２０ｗｔ％が望ましい。

前記ポリエステルは常法により製造することができるが、この平均分子量は１０，０００以上であることが好ましい。ポリエステルには、滑剤として、シリカ、アルミナ、カオリン、炭酸カルシュウム、酸化チタン、グラファイト、カーボンブラック、架橋シリコーン樹脂、メラミン樹脂、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂等の微粒子を含有させることが好ましい。また所望により、酸化防止剤、帯電防止剤、着色剤、顔料、蛍光増白剤、可塑剤、架橋剤、潤滑剤、紫外線吸収等を添加することもできる。

本発明においては、シート状物の製造は従来から知られている方法、条件で、または当業界に蓄積されている方法、条件で製造することができる。例えば、前記ポリエステルを溶融押出し、急冷固化して未延伸フィルムとし、該未延伸フィルムを延伸、熱固定処理することで製造することができる。延伸は、通常ポリエステルの二次転移点以上の温度で、少なくとも縦方向、横方向の各方向に２倍以上、好ましくは３倍以上の倍率で行う。

本発明で例示したポリエステルフィルムの製造過程において、水性塗液を塗布し、その後乾燥、延伸処理を行う。すなわち縦延伸フィルムに水性塗液を塗布し、乾燥後または乾燥しつつ横方向に延伸する。必要なら更に縦方向や横方向に再延伸し、更に熱処理して積層フィルムとする。

塗布位置での湿潤塗布量は１〜２０ｇ／ｍ^２、特に２〜１２ｇ／ｍ^２が好ましい。塗布した後、好ましくは乾燥しつつ横方向に延伸するが、必要であれば更に縦方向および／または横方向に再縦延伸し、熱処理することができる。乾燥、延伸後の塗布層厚さは０．００５〜３μｍ、特に０．０１５〜１μｍが好ましい。

以下、実施例によって本発明を更に説明する。なお、例中の測定値、物性値は下記の方法で測定した。

（１）フィルム擦り傷の評価
暗室にて二軸延伸フィルムをハロゲンライトで照射し、１０×１０ｃｍ四方の傷の個数を数え擦り傷を○、△、×、××で評価した。このとき、明らかにサンプリングの際に出来た傷（例えば、フィルムの長手方向ではなく、横に流れた様な傷）は個数から除外した。
擦り傷がない、製品レベル： ○
擦り傷が１個、製品不可レベル： △
擦り傷が２〜５個、製品不可レベル： ×
擦り傷が６個以上、製品不可レベル： ××。

（２）フィルム表面粗さ（中心線表面粗さＲａ）
フィルムの表裏両画を表面粗さ計（東京精密（株）サーフコム１１１Ａ）で測定し、その平均値を算出して表面粗さＲａとした。

（３）固有粘度
オルソクロロフェノール溶媒による溶液の粘度を３５℃にて測定し求めた。

（４）ガラス転移温度（Ｔｇ）
ＪＩＳＫ２１７１に準じて、デュポン製ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｔ２０００型示差熱量計（ＤＳＣ）にて、１０℃／分の昇温速度にて測定した。

（５）平均粒径および粒径分布
セイシン企業（株）製音波振動式全自動フルイ分け測定器、ＲＰＳ−８５Ｐを使用して平均粒径および粒径分布を測定した。まず、前記測定器を用い粒径の重量累積分布を測定し、得られた重量累積分布より５０重量％時点の粒径を平均粒径とした。

［実施例１］
図１、図２及び図３に示す装置を用い二軸延伸フィルムの製膜中に塗布を行った。
先ず、カオリンを少量添加した固有粘度が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４時間乾燥した。その後に、２７０〜３００℃に加熱された押出機に供給し、押出し成形ダイによりシート状に成形した。更に、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つつ、未延伸フィルムを得た。

次いで、この未延伸フィルムを７５℃の加熱ロール群で予熱し、更に７５℃に加熱されたロールと５０℃に温調された一対のロールの周速差を利用し赤外線ヒーターで非接触に加熱しながら縦方向に３．５倍に縦延伸した。引き続いて、２０〜５０℃のロール群で冷却し、製品部の厚みが１４０μｍの一軸延伸フィルムを得た。

この一軸延伸フィルムからなる製品部の片面に、後述の組成を有する塗液をグラビアロール１にて塗布してテンターへと導いた。テンターは塗布位置でのフィルム張力が５００Ｋｇ／ｍとなるようフィルムの走行速度を変えることによって調整した。そして、該フィルムの両端をクリップで把持しながら１２０℃の熱雰囲気中で４．５倍に横延伸し、厚みが３０μｍの二軸延伸フィルムを得た。得られたフィルムの表面粗さ（Ｒａ）は、０．０２μｍであった。

ここで、グラビアロール１は、塗布部分の直径Ｄが４０ｍｍであり、その表面がセラミック溶射されたグラビアロールを使用し、グラビアはハニカム並びで傾き角度＝６０°、１インチあたりのセル数が１２０個、グラビアセルの土手部エッジ６がＲ＝７０μｍの物を使用した。そして、速度５０ｍ／分で走行するフィルム１に対して、グラビアロールをフィルムの走行方向とは反対方向に６０ｍ／分の周速度で回した。

なお、前記「塗液」の組成は、酸成分がテレフタル酸（９０モル％）、イソフタル酸（６モル％）および５−スルホイソフタル酸カリウム（４モル％）、グリコール成分がエチレングリコール（９５モル％）およびネオペンチルグリコール（５モル％）の共重合ポリエステル（Ｔｇ＝６８℃）が８０重量％、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスカプリル酸アミドが５重量％、アクリル系樹脂微粒子（平均粒径：０．０３μｍ）が１０重量％およびポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルが５重量％からなり、固形分濃度が８％の水性塗液である。

[実施例２、比較例１〜３]
実施例１の製膜条件のもと表１のように、装置および塗布条件を変更した。
表１から明らかな通り、本発明の条件を満たす実施例１および実施例２では、フィルムへの擦り傷がなく製品を採取できた。一方、比較例では、擦り傷が発生し製品を採ることができなかった。

本発明の１つの実施態様を示したグラビアロールを含むシート状物の製造装置を例示した側断面図である。図１の要部拡大図である。グラビアセルの模式断面図である。

符号の説明

１グラビアロール
２シート状物
３ドクターブレード
４ノズル
５スリット
６グラビアセルの土手部
Ｄグラビアロールの直径
Ｇギャップ
Ｌシート状物とグラビアロールの接触長
Ｒグラビアセルの土手部エッジの曲率半径
Ｖｆシート状物の走行方向
Ｖｒグラビアロールの回転方向
θ グラビアロールのシート状物の抱き角

Claims

連続して走行するシート状物の走行方向と逆方向に回転するグラビアロールのセルから前記シート状物に塗液を接触塗布してシート状物上に連続的に塗膜を形成させるシート状物の製造方法において、前記グラビアロールの直径Ｄを１５〜７０ｍｍにするとともに、前記セルを形成する土手部エッジの曲率半径Ｒを１０〜２００μｍとしたことを特徴とするシート状物の製造方法。
前記シート状物の表面粗さ（Ｒａ）を０．０３μｍ以下とする請求項１に記載のシート状物の製造方法。
前記シート状物が熱可塑性フィルムである請求項１又は請求項２に記載のシート状物の製造方法。
連続して走行するシート状物の走行方向と逆方向に回転するグラビアロールのセルから塗液を前記シート状物に接触塗布してシート状物上に連続的に塗膜を形成させるシート状物の製造装置において、前記グラビアロールの直径Ｄを１５〜７０ｍｍにするとともに、前記セルを形成する土手部エッジの曲率半径Ｒが１０〜２００μｍであることを特徴とするシート状物の製造装置。
前記グラビアロールが、セラミック溶射された表面にレーザー光でセルを彫刻したグラビアロールであって、セルの土手部エッジを表面粗さ（Ｒａ）が１〜２０μｍの研磨テープで研磨処理、及び／又は粒径が１〜２０μｍの研磨剤を用いワイヤーブラシでブラッシング処理されていることを特徴とする請求項４に記載のシート状物の製造装置。