JP4752389B2

JP4752389B2 - 無延伸ポリアミド樹脂シートの製造方法

Info

Publication number: JP4752389B2
Application number: JP2005229854A
Authority: JP
Inventors: 晃宏青木; 豊松村
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-08-08
Also published as: JP2007044924A

Description

本発明はタッチロール方式のシート成形機を使用して、無延伸樹脂シートを製造し、そのシートを２軸延伸に供する為の製造方法に関するものである。

従来のタッチロール方式のシート成形機について説明する。
まず、図１に示される、溶融樹脂を押出す押出機１と、同押出機１から押出された溶融樹脂をシート３状に成形するダイ２と、フレーム（図示せず）に回転可能に軸支された冷却ロール４と、軸６に回動可能に枢支されたアーム５と、同アーム５の上端部に回転可能に軸支された金属タッチロール７と、前記アーム５の下端部に取付けたエアシリンダ８から構成されたものがある。
そして冷却ロール４は所定の速度で矢印Ａ₁方向に回転し、金属タッチロール７も矢印Ａ₂方向に回転して、ダイ２から押出された溶融樹脂シート３を矢印Ｂ方向へ搬送する一方、エアシリンダ８を伸長方向へ作動し、アーム５及び金属タッチロール７を軸６を中心として時計方向へ回転させ、溶融樹脂シート３を冷却ロール４の外周面へ所定の接触圧により押し付けて、溶融樹脂シート３を冷却しながら均一の厚さに成形する。

しかし、前記従来の金属タッチロール方式では、一般にシート厚みが薄くなると、ダイ２の厚み調整を綿密に行なっても、溶融樹脂シートの変形性（クッション性）が厚い物に比べて少ないため、全巾均一にタッチロールを密着させることは不可能で、タッチむら（厚みの厚い部分のみロールにタッチする）を起こしていた。従って樹脂の粘度の違いにもよるが、実験の結果ではシート厚みが０．３ｍｍ以下の成形は不可能であった。なお、この時は製品巾は約１０００ｍｍで、ダイ２の厚み調整を綿密に行い、製品の厚み精度は±２％であった。

またタッチロールは通常エアシリンダ等によりロールの両端部を押え付ける構造となっているため、ロールに曲げモーメントが働き、その撓みのためシートの厚み分布は中央部が厚く端部が薄くなり把持部分付近で破れやすいという欠点があり、このためタッチロールにクラウン加工を施すとか、バックアップロールを取付ける等の方策が行なわれていたが、何れも加工及び構造が複雑になる傾向があった。

また金属タッチロール７の外層に通常のゴムを巻き付けたものでは、タッチロールと成形物の剥離性が悪く、剥離性良好と言われているシリコンゴム巻きのものでも、タッチロールへの巻付事故が起きる等の問題があった。

そこで、溶融樹脂を押し出す押出機と、同押出機から押し出された溶融樹脂をシートに成形するとダイと、回転可能に軸支された冷却ロールと、同冷却ロールに前記シートを押圧しながら回転可能に軸支されたタッチロールとを有するシート成形機において、前記タッチロールの表面材質をフッ素樹脂とし、かつ同ロール表面研磨仕上げにて形成してなるものを使用したもの（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。
上記方式は、溶融樹脂と冷却ロール間の空気巻込みが防止され、表面光沢度の良好なシートが高速で得られる。またタッチロールの表面は研磨仕上げされているため、シートのタッチロール側面においても良好な光沢面が得られ、更にタッチロール表面は非粘着のため、溶融樹脂がタッチロールに巻付く等のトラブルはない。またタッチロールとの粘着による肌荒れが発生することはなく、かつタッチロールは弾性体のため、シートの厚薄パターンに高追従し、約０．１ｍｍ厚のシートに対しても全巾均一タッチが可能であるとされている。
特開平５−２３７９１７号公報

しかしながら、この方法は、冷却ロール速度が５０ｍ／ｍｉｎ以上の高速においては、冷却ロールとの巻き付きがおこり生産性が十分とは言えなかった。

また、タッチロールの表面材質にフッ素樹脂等の表面張力の小さい熱可塑性樹脂を用いる場合、押圧状態で直接タッチロールに無延伸樹脂シートが接触するので、経時的にタッチロールの表面熱可塑性樹脂が磨耗し、得られる無延伸樹脂シートの表面性が悪くなるので、メンテナンスの為のタッチロール表面の熱可塑性樹脂の巻き替えが必要であった。

本願発明は、上記課題を背景になされたもので、タッチロール方式のシート成形機を使用して、冷却ロール速度が６０ｍ／ｍｉｎ以上の高速で、冷却ロールとの巻き付きを防止すると共に、メンテナンス性に優れる二軸延伸フィルムを供する為の高速無延伸樹脂シート製造装置を提供するという課題を解決するものである。

本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、遂に本発明を完成するに到った。
即ち本発明は、
（１）６０ｍ／ｍｉｎ以上の速度で回転する冷却ロールとタッチロールとの間にポリアミド樹脂の溶融物を押出して無延伸ポリアミド樹脂シートを製造するにあたり、前記タッチロールの表面が厚み３〜２０ｍｍのフッ素系樹脂で被覆されており、前記タッチロールと補助冷却ロールが、厚み１０〜１００μｍのフッ素系樹脂で表面が被覆された金属ベルトで結ばれており、前記設備により製造した無延伸ポリアミド樹脂シートを二軸延伸する為に用いることを特徴とする無延伸ポリアミド樹脂シートの製造方法。（２）前記無延伸樹脂シートの端部より１０ｍｍ部の厚みと中央部の厚みとの比率が１．５〜４．０である（１）の無延伸ポリアミド樹脂シートの製造方法である。

以上詳細に説明した如く本発明は構成されており、タッチロール方式のため、溶融樹脂の冷却ロール間の空気巻込みが防止され、表面光沢度の良好なシートが冷却ロール速度が６０ｍ／ｍｉｎ以上の高速においても得られ、そのシートを二軸延伸したフィルムも良好な透明性を得られることができる。
またタッチロールの表面は弾性体であり、冷却ロールとの押し圧を制御することにより、シートの耳厚みを充分にとることができ、後の横延伸工程におけるフィルム端の把持部分付近での破れを防止することができる。
さらに、金属ベルトの表面に熱可塑性樹脂がコーティングされているので、メンテナンス性に優れる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の無延伸樹脂シートの製造方法の一例を示す側面説明図である。本発明の無延伸樹脂シートの製造方法は、従来法と同様に、冷却ロールとタッチロールとの間に熱可塑性樹脂の溶融シートを押出す。

本発明の特徴は、冷却ロールとタッチロールとの間に熱可塑性樹脂の溶融物を押出して無延伸樹脂シートを製造するにあたり、前記タッチロールの表面が熱可塑性樹脂層で被覆されており、前記タッチロールと補助冷却ロールが熱可塑性樹脂層で表面が被覆された金属ベルトで結ばれており、前記設備により製造した無延伸樹脂シートを二軸延伸する為に用いることを特徴とすることにある。

本発明に用いられる金属ベルトは、表面が熱可塑性樹脂層で被覆されていることが好ましい。熱可塑性樹脂は、接触角が大きい為、金属ベルトの表面から無延伸樹脂シートを引き剥がす際の剥離力が小さくてすむばかりでなく、高速で回転しているロールへの追従性も小さいので、タッチロール側への樹脂の巻き込みも発生しにくいからである。また、金属は熱伝導率が大きく、溶融樹脂から金属ベルトへ与えられた熱を効率良く補助冷却ロールへの熱伝達し、冷却できる為、好ましい。

本発明に用いられる金属ベルトの素材は、耐久性の点から、例えば炭素鋼、チタン合金、クロム合金等が挙げられる。

本発明に用いられる金属ベルトの表面に被覆されている熱可塑性樹脂は、高剥離性、耐熱性の点からシリコン系樹脂、フッ素系樹脂が好ましい。

金属ベルトに被覆するシリコン系樹脂としては、例えば、ビニルメチルシリコーン、フェニルビニルシリコーン、フルオロシリコーンなどが挙げられる。

また、金属ベルトに被覆するフッ素系樹脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン重合体〔テフロン（登録商標）〕、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体などが挙げられる。

フッ素系樹脂または、シリコン系樹脂による金属ベルトを被覆する層の厚みは、好ましくは１０〜１００μｍであり、特に好ましくは、１５〜６０μｍである。金属ベルトを被覆する層の厚みが、１０μｍより薄いと、連続使用中に比較的短時間で磨耗してしまい、高剥離性を失ってしまうので、好ましくない。また、金属ベルトを使用して製造された樹脂シートの表面性を保つ為に、金属ベルト表面に被覆されたフッ素系樹脂または、シリコン系樹脂を定期的に被覆し直すか、表面を研磨する等のメンテナンスを行うので、金属ベルト表面に被覆する樹脂の厚みを１００μｍより厚くする必要はない。

金属ベルトの表面へのコート方法は、特に限定されず、既存の方法の噴霧、塗装等の方法を用いれば良い。

金属ベルトを冷却する目的で、金属ベルトに接している補助冷却ロールにより冷却を行わせる必要がある。空冷では、金属ベルトの冷却が充分ではないので、補助冷却ロールによる冷却が必要である。金属は、気体よりも熱伝達係数が千倍以上大きいので、空冷の場合と比較して、補助冷却ロールを使用することで、効率良く金属ベルトを冷却させることができるからである。

金属ベルトに接している補助冷却ロールの表面温度の上昇を抑制する為に、補助冷却ロールの内部をスパイラル状等に仕切りを入れ、水、油等の冷却媒体で補助冷却ロールを冷却する等の方法も用いられている。

このことにより、熱可塑性樹脂のような熱伝導率の低い素材で覆った金属ベルトの冷却能力を向上させることができ、特に押し出し速度が６０ｍ／ｍｉｎ以上の高速においても、溶融樹脂と冷却ロール間の空気巻込みが防止され、表面光沢度の良好なシートが高速で得られる。

また、タッチロールの表面の材質は金属以外の弾性体とするのが、無延伸樹脂シートを後の横方向に延伸する工程で、シートの端部がクリップ等で把持する為の厚みと、横延伸時のクリップ際の破れ防止に充分な厚みを確保する為に好ましい。タッチロールの表面の材質が金属である場合、タッチロールの押し圧により、シートの端部が押し潰され、端部の厚みの制御が困難であるからである。耐磨耗性、耐熱性の点からタッチロールに被覆する材質は、フッ素系樹脂が好ましい。

タッチロールの表面を被覆するフッ素系樹脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン重合体〔テフロン（登録商標）〕、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体などが挙げられる。

また、冷却ロール（５）とタッチロール（４）との間に熱可塑性樹脂の溶融シート（２）を介在させた状態において、冷却ロール（５）側にタッチロールの押圧する際に、その押圧を１〜８ＭＰａとするのが好ましい。さらに好ましくは２〜６ＭＰａである。
このことにより、必要以上に溶融樹脂層の端部を圧することがないため、シートの耳厚みを充分にとることができ、後の横延伸工程におけるフィルム端の把持部分付近での破れを防止することができる。更にまた、ユーザーからの要望で、各種の厚みの二軸延伸フィルムを製造するが、該二軸延伸フィルムの厚みにより、延伸前の無延伸シートの端部の厚みは該二軸延伸フィルムの厚みによって異なる。また、形成される該無延伸シートの端部の厚みは、生産性に極めて重要である。仮に、タッチロールの表面の材質に金属を使用した場合、上記の理由で、厚みの異なる二軸延伸フィルムを製造する度に、それぞれの厚みに対応したクラウニングされたタッチロールへ変更する必要があり、好ましくない。タッチロールの表面の材質に熱可塑性樹脂のような弾性体を用いれば、これら全ての厚みの二軸延伸フィルムに対応することができる。

タッチロール（４）の素材は、鉄、ステンレススチール、アルミニウム等が使用でき、径は２００ｍｍ〜８００ｍｍが好ましい。

フッ素系樹脂または、シリコン系樹脂によるタッチロールを被覆する層の厚みは、好ましくは３〜２０ｍｍである。タッチロールを被覆する層の厚みが、３ｍｍより小さいと、無延伸シートの端部が、タッチロールの押圧により押し潰され、横延伸時のクリップ際の破れ防止の端部の厚み制御が出来なくなり、２０ｍｍより大きいと、タッチロールの表面温度を十分に冷却することができないので好ましくない。

フッ素系樹脂被覆層または、シリコン系樹脂被覆層は、タッチロール（４）表面に十分に接着されていることが重要である。したがって、前記被覆層の被覆方法は、接着性のよい被覆層が得られる方法でなければならないが、その方法は特に制限されない。例えば、フッ素系樹脂の場合、熱収縮チューブタイプを用いて、タッチロールへ貼り合せる側の面を市販のフッ素樹脂接着処理液等で表面処理をした後、更に、コロナ放電処理を行い、よりいっそう、表面を活性化させた後、タッチロールに硬化型等の接着剤を介して、熱収縮チューブタイプのフッ素系樹脂を加熱収縮させて、密着させれば、十分な接着性を得られることができる。シリコン系樹脂の場合、液状シリコーン系樹脂コンパウンドをタッチロールに塗布し、熱硬化させることで、十分な接着性を得ることができる。これらの成形後、必要に応じ、研磨などの後処理を行ってもよい。

本発明の無延伸樹脂シートの製造で使用される樹脂としては例えば、ポリエステル類、ポリエステルエーテル類、ポリアミド類、ポリカーボネート類、ポリエステルカーボネート類、ポリオレフイン類などが挙げられるが、特に高速での冷却が困難であったポリアミド類の未延伸シートを製造するのに適している。
そもそもポリアミド樹脂は電気的に両性であり、所謂溶融比抵抗が小さく、伝導度が高い為、静電印加によるキャスト法は極めて困難あり、高速で製膜することが困難であり、また、原料コストも他の樹脂に比べて高く、製造方法によりコストダウンが望まれていた。

ポリエステル類は、その機械的強度、化学的安定性、透明性、衛生性などに優れ、各種のシート及び容器として、食品、薬品などの分野に使用されている。最近では、廃棄物処理問題や環境保護の点から、従来、ポリ塩化ビニルシート等が使用れていた分野への展開が顕著である。したがって、上記の樹脂の中ではポリエステル類が好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、これらの共重合体などが挙げられる。

ポリオレフィン類は、極性基を持たない為、電気的に中性であり、溶融比抵抗は極めて大きい為、静電印加によるキャスト方法は困難である。その為、エアナイフ法、バッキュームチャンバー法によるキャストを行っている。静電印加により製造されたシートの平滑性を比較すると冷却ロールに接していない方のシート面の平滑性は、極めて悪いが、二軸延伸後のフィルムは目立たなくなる為、従来はなんら問題なかった。しかし、近年、工業用途での傷などのシビアな用途では、上記の方式によるフィルムでは、欠点となる場合がある為、本願発明による方法で製造したポリオレフィン系フィルムは、平面性が極めて良好であるので、傷などのシビアな用途でも、欠点が発生しにくい為、好評である。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の各例において下記のポリアミド樹脂の相対粘度、融点及び表面性の評価は、次の様にして測定した。

（１）相対粘度（ＲＶ）の測定
ポリアミド樹脂０．２５ｇを９６％硫酸２５ｍｌに溶解し、オストワルド粘度管にて測定した。

（２）無機微粒子の粒径の測定方法
コールター株式会社のコールター・カウンター（ＴＡ−II）を用いて、凝集タイプのシリカの平均粒径を測定した。

（３）融点の測定方法
株式会社島津製作所の示差走査型熱量計（ＤＳＣ−６０）を用いて測定を行った。原材料としてのポリアミド樹脂を３００℃で５分間加熱溶融した後、液体窒素で急冷した。その１０ｍｇを試料とし、２０℃／分の速度で昇温していった際に現れる結晶融解に基づく吸熱ピーク温度（融点）を測定した。

（３）表面性の評価
目視試験により無延伸シートの表面を以下のように評価した。
○ ：良好（表裏共に全体が鏡状態である）
△ ：やや良好（表面積の内５％以内の軽微なタッチ不良部分がある）
× ：不良（明確なタッチ不良、非鏡面部分がある）

（実施例１）
ポリアミド樹脂として、平均粒径１．８μｍの凝集タイプのシリカ０．４５重量％を含み、相対粘度２．１、融点２４３℃のメタロキシジアミン・アジピン酸重縮合物を４％含有する相対粘度２．８、融点２２３℃のポリカプロラクタムを用いた。上記凝集タイプのシリカとして、市販品（商品名：サイリシア３５０、富士シリシア化学株式会社製）を用いた。上記メタロキシジアミン・アジピン酸重縮合物、ポリカプロラクタムとして、それぞれ市販品（商品名：東洋紡ナイロンＴ−６００、東洋紡績株式会社製、商品名：東洋紡ナイロンＴ−８１４、東洋紡績株式会社製）を用いた。上記ポリアミド樹脂を真空乾燥し、原料ホッパーに供給し、東芝機械株式会社製の二台の単軸押出機ＳＥ−２５０ＣＡ機からそれぞれ、樹脂温度２６０℃、樹脂押出量６５０ｋｇ／時間で溶融樹脂を供給し、フィードブロックで合流させ、１３８０ｍｍ幅のＴダイから溶融樹脂を押出し、８０ｍ／分で回転させた表面をハードクロムメッキを施した２０℃の冷却水を循環させて温調させた直径１２００ｍｍ、面長１５００ｍｍのキャスティングロールと表面を７０°のゴム硬度のフッ素系樹脂（商品名：ＦＳＴ、持田商工株式会社製）で巻いた２０℃の冷却水を循環させて温調させた直径４００ｍｍ、面長１５００ｍｍのタッチロールの間に押圧０．０２ＭＰａで挟み、溶融樹脂を急冷させた。また、無端金属ベルトの冷却の補助冷却ロール（２０℃の冷却水を循環させて温調させた直径４００ｍｍ、面長１５００ｍｍ）をタッチロール表面をテフロン（登録商標）（商品名：ＮＫ−０１３、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製）でコーティング（コート厚み５０μｍ）された無端金属ベルト（ＳＵＳ４２０Ｊ２）と接するように配置させた。得られた無延伸シートの端部から１０ｍｍ位置と中央部の厚みは、それぞれ３９０μｍ、１７５μｍであり、端部から１０ｍｍ位置と中央部の厚みとの比率は２．２であった。上記無延伸シートの表面性評価結果は、○であった。その後、上記無延伸シートを８５℃で縦方向に３．１倍、１８０℃で横方向に３．８倍延伸し、２１０℃で熱固定して、厚さ１５μｍの二軸延伸ポリアミド系フィルムを端部から破断することなく製造することができた。

タッチロール（４）：３５℃の温水循環で温度制御した直径４００ｍｍ、面長１５００ｍｍのロールの外周に厚さ５ｍｍのテフロン（登録商標）樹脂層を設けた。テフロン（登録商標）樹脂被覆層は、１５００ｍｍ全幅に渡って設けた。
補助冷却ロール（５）：２０℃の温水循環で温度制御した直径４００ｍｍ、面長１５００ｍｍのロール
無端金属ベルト（６）：厚み０．８ｍｍ、巾１４５０ｍｍ、周長４１００ｍｍのＳＵＳ４２０Ｊ２の溶融樹脂の接する面にテフロン（登録商標）（商品名：ＮＫ−０１３、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製）でコート（コート厚み５０μｍ）を施した。

（比較例１）
無端金属ベルトの表面のテフロン（登録商標）コートを施さない以外は実施例１と同様に二軸延伸ポリアミド系フィルムの製造した。

無延伸樹脂シートの製造時、速度を５０ｍ／分まで上げるとタッチロールに巻き付いたので、速度を４０ｍ／分に落として、生産を行った。その結果生産性の悪いものとなった。

（比較例２）
ピニング方式をタッチロール方式ではなく、針電極方式（先端直径が０．１０ｍｍ、太さ２．０ｍｍφ、長さ１２ｍｍのステンレススチール（ＳＵＳ３０４）の針を２ｍｍピッチで真鍮の板に埋め込んだ長さ１３００ｍｍの電極）を使用したが、キャスティングロールの速度が、６０ｍ／分を超えると、無延伸樹脂シートとキャスティングロールの間に空気の巻き込みが起こり、表面性の良い製品を製造することが出来なかった。この時の表面性の評価は、×であった。また、キャスティングロールの速度を５０ｍ／分に下げて、製造したが、約１日の生産の後、針電極の汚れの為、原反厚みの制御ができなくなり、１回／日の電極掃除が必要になり、製膜速度の割には、生産性の悪いものとなった。

本発明のタッチロール方式のシート成形機を使用した無延伸樹脂シートの製造方法は、溶融樹脂の冷却ロール間の空気巻きこみが防止され、表面光沢度の良好なシートが冷却ロール速度が５０ｍ／ｍｉｎ以上の高速においても得られ、そのシートを逐次二軸延伸したフィルムも良好な透明性を得られることができるため、逐次二軸延伸フィルムの製造分野に利用することができ、産業界に寄与することが大である。

従来のタッチロール方式の説明図本発明のタッチロール方式の説明図針状電極方式の説明図

Claims

６０ｍ／ｍｉｎ以上の速度で回転する冷却ロールとタッチロールとの間にポリアミド樹脂の溶融物を押出して無延伸ポリアミド樹脂シートを製造するにあたり、前記タッチロールの表面が厚み３〜２０ｍｍのフッ素系樹脂で被覆されており、前記タッチロールと補助冷却ロールが、厚み１０〜１００μｍのフッ素系樹脂で表面が被覆された金属ベルトで結ばれており、前記設備により製造した無延伸ポリアミド樹脂シートを二軸延伸する為に用いることを特徴とする無延伸ポリアミド樹脂シートの製造方法。
前記無延伸樹脂シートの端部より１０ｍｍ部の厚みと中央部の厚みとの比率が１．５〜４．０であることを特徴とする請求項１記載の無延伸ポリアミド樹脂シートの製造方法。