JP4796572B2 - 熱可塑性フィルムの均一延伸方法及び装置とそれにより製造される製品 - Google Patents
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Description
微多孔質フィルム製品が望まれる場合、熱可塑性押出物は、無機フィラー及び有機材料からなる群から選択される細孔生成粒子の分散相を含む熱可塑性ポリマーであり、延伸熱可塑性フィルムは、水蒸気透過率(MVTR)を有し液体の通過に対するバリアである微多孔質である。約1,000g/m2/日(ASTM E96(E)による)を超え、好ましくは1,000を超え、4,000g/m2/日(ASTM E96(E)による)までのMVTRが実現される。より広く言えば、熱可塑性押出物はポリマーを含み、このポリマーは、ポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、及びこのようなポリマーの2種以上のブレンド或いは共押出物からなる群から選択される。好ましくは、ポリオレフィンは、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、これらのコポリマー、及びこれらのブレンドからなる群から選択され、ここで、このポリオレフィンは、無機フィラー及び有機材料からなる群から選択される細孔生成粒子の分散相を含み、前記延伸熱可塑性フィルムは微多孔質である。細孔生成粒子フィラーは、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、タルク、及びマイカからなる群から選択される。
多くの異なる延伸装置及び技術が、フィルム、或いは不織布繊維ウェブと微多孔質生成フィルムとのラミネートを延伸するために使用され得る。ステープル繊維の不織布カード繊維ウェブ又は不織布スパンボンド繊維ウェブのこれらのラミネートは、以下に記載される延伸装置及び技術により延伸され得る。
斜め噛合い延伸装置は、平行な2本のシャフト上の左巻き及び右巻きのヘリカルギア様エレメント対からなる。これらのシャフトは機械の2つの側板の間に配置されており、下側のシャフトは固定ベアリングに置かれており、上側のシャフトは垂直にスライドできる部材にあるベアリングに置かれている。スライドできる部材は、調節ネジにより操作できる楔形エレメントによって垂直方向に調節できる。楔をネジで出し入れすると、スライドできる部材がそれぞれ下又は上に動いて、上側の噛合いロールのギア様の歯は下側の噛合いロールとさらに深く噛み合うか或いは噛合いが外れる。サイドフレームに取り付けられたマイクロメーターが、噛合いロールの歯の噛合いの深さを示すために使用可能である。
CD噛合い延伸装置は、噛合いロールのデザインと他の下記の重要でない部分における相違はあるが、斜め噛合い延伸装置と同じである。CD噛合いエレメントは大きな噛合い深さが可能であるから、上部シャフトが上昇又は下降している時に、2つの噛合いロールのシャフトが平行のままであるようにする手段を装置が組み込んでいることが重要である。これは、一方の噛合いロールの歯が常に他方の噛合いロールの歯の間に入ること、及び噛み合う歯の間の物理的接触による損傷の可能性が避けられることを保証するために必要である。この平行の動きは、垂直にスライドできる部材に並べて、固定ギアラックが各サイドフレームに取り付けられている、ラック及びギアの配置構成により保証される。シャフトは2つのサイドフレームを横切り、垂直にスライドできる部材の各々にあるベアリングで動く。ギアはこのシャフトの各末端に存在し、ラックと噛み合って動いて望みの平行運動を生み出す。
MD噛合い延伸装置は、噛合いロールのデザイン以外は斜め噛合い延伸と同じである。MD噛合いロールは細かいピッチの平歯車によく似ている。好ましい実施形態において、これらのロールは、5.933インチの直径、0.100インチのピッチ、30個のダイヤメトラルピッチ、14.5°の圧力角を有し、基本的には、頂上に長い歯末の丈がある歯車である。これらのロールに、歯車ホブオフセット0.010インチで2回目のパスを行って、より大きなクリアランスを有する細い歯にした。約0.090インチの噛合いで、この形状は、材料の厚さのために両側に約0.010インチのクリアランスを有するであろう。
前記の斜め、CD又はMD噛合い延伸装置は、インクリメンタル延伸されたフィルム又はラミネート(不織布繊維ウェブと微多孔質生成フィルムとのラミネート)を製造するために使用されて、本発明の微多孔質フィルム製品を生成し得る。例えば、延伸工程は、ステープル繊維又はスパンボンドフィラメントの不織布繊維ウェブと微多孔質生成熱可塑性フィルムとの押出ラミネートに使用され得る。不織布繊維ウェブと微多孔質生成フィルムとのラミネートは、例えば、CD及び/又はMD噛合い延伸装置を用いて、その装置に1回通して、約0.060インチから0.120インチのロール噛合い深さと、約550fpmから1200fpm又はこれ以上の速度でインクリメンタル延伸される。このようなインクリメンタル延伸又は噛合い延伸の結果、通気性と液体バリア性に優れていながら、並外れた接着強度と柔らかい布のようなテクスチャをもつラミネートが生成する。
55%の炭酸カルシウム、36%のポリプロピレン(PP)ホモポリマー、5%の低密度ポリエチレン(LDPE)、3%の二酸化チタンマスターバッチ、及びフィルム加工において典型的に用いられる加工助剤マスターバッチ及び酸化防止添加剤を合わせたものを1%含む微多孔質生成配合を通常の1軸押出機21及びスロットダイ22により押し出し、約450〜500°Fであるウェブ26を成形する。ウェブ26はゴムロール25及び金属ロール24により生成される圧力ニップに入っている。ゴムロールは水槽(示していない)に部分的に浸漬されているので、その表面は水(通常、60〜140°Fの間の温度に制御されている)により冷却されている。ゴムロール25及び金属ロール24により生成される第1圧力ニップを通過した後、直ちに、ウェブ26を、第1圧力ニップとゴムロール28及び金属ロール27により生成される第2圧力ニップとの間で機械方向に延伸する。延伸比(R)は、第1金属ロール24の速度(V1)と第2金属ロール27の速度(V2)とにより定まる。延伸ギャップ又はロールギャップ(x)は、第1金属冷却ロール24及び第2金属ロール27の外周の間の最も狭い距離(容易に入手できる隙間ゲージによって直接測定できる)により定まる。表1は実施例I−OからI−Dまでの実験条件及び結果を示している。I−Oは比較例であり、微多孔質でない未延伸フィルムを製造するために、第1ロール24と第2ロール27の速度が同じである(90fpm)。対照的に、実施例I−AからI−Dは延伸されている。未延伸のもの(実施例I−O)及び延伸したもの(実施例I−AからI−D)の表面トポロジーを、1−Oから1−Dと識別して、図4〜8に示す。
52.8%の炭酸カルシウム、38.8%のLLDPE、3%のLDPE、4.4%のTiO2、及びフィルム押出において典型的に用いられる加工助剤マスターバッチ及び酸化防止添加剤を合わせたものを1%含む微多孔質生成配合を、実施例I−OからI−Dに記載したものに非常に似たやり方で押し出す。実験条件及び結果を表2に示す。これらの試料の表面トポロジーを、II−A、II−B及びII−Cと識別して、図9〜11に示す。
表4は、実施例I−Dと、III−A及びIII−B(I−DのMDO延伸フィルムを、前記のCD及びMD延伸装置についての表4に示す条件下に、引き続きCD及びMDにインクリメンタル延伸したもの)を示す。
ABA共押出構成を有する微多孔質生成配合を押し出しMDO法によりフィルムにした((A)は55.6%のCaCO3、36.90%のポリプロピレンホモポリマー、5.4%のLDPE、2%のTiO2及び0.1%の酸化防止添加剤を含み、(B)は52.8%のCaCO3、39.2%のLDPE、3.5%のLDPE、4.4%のTiO2及び0.1%の酸化防止添加剤を含んでいた)。ロールギャップは0.01インチであり延伸比は1.0であった。MDO法の後に、前記のCD/MD延伸装置を用いて、0.055インチでCD噛合いを行い、さらにその後、0.045インチでMD噛合いを行った(表6の実施例IV−Aを参照)。1300g/m2/日(ASTM E96E)のMVTR及び21グラム/平方メートル(gsm)のフィルム重量を有し、218g/cmの25%でのMD引張を有する微多孔質フィルムが製造された。次いで、同じABA共押出を行ったが、延伸比を1.0から1.25、1.5、1.75及び2.0に増し、他の全ての加工条件を同じに保った(表6の実施例IV−B、C、D及びEを参照)。フィルムゲージは21gsmから、それぞれ、19.3、16.5、15及び13.95に低下した。フィルムゲージは低下したが、25%MD引張強さは、218gsmから、それぞれ、240、265、311及び327gsmに増加した。これは、厚さの薄いフィルムウェブの取扱いにとって非常に有益であった。25%MD引張は増加したが、25%CD引張は142gsmから、それぞれ、118、82、58及び54gsmに低下した。さらに、これにより手触りの柔らかいフィルムも得られた。これらのタイプの微多孔質フィルムは、製品への高速転換のためのMD方向の高強度を備えていながら、最終用途のための柔らかい製品を提供するので、オムツ及び女性用ケアナプキン外カバーの製造に適している。同じゲージでの比較用に21gsmに標準化した機械的性質を示すために、表7を与える。このように、本発明のMDO法により製造された微多孔質フィルム製造物に、後で、CD及びMD噛合いを行って、MDとCDの25%伸びでの引張強さの比が2を超えるフィルムを得ることができる。
52.8%のCaCO3、39.2%のLLDPE、3.5%のLDPE、4.4%のTiO2及び0.1%の酸化防止添加剤を含む微多孔質生成配合をフィルムに押し出し、1を超えるキャップで延伸した。どのような延伸比でも、均一に延伸された微多孔質フィルムは獲得できない。大きな未延伸領域部分を無くすことができない(実施例V−A及びV−Bに対する図14の写真参照)。しかし、1インチのロールギャップで、均一に延伸された外観を有する微多孔質フィルムが4:1の延伸比で実現される(実施例V−C及びV−Dの対する図14の写真参照)。ロールギャップを0.05インチに減らすと、図14の写真V−C及びV−Dに示すように、1.25〜1.50のような低さで、均一な微多孔質フィルムを実現できる。この実施例Vによれば、本発明の成功裏の実施にとって、1インチ以下のショート延伸ギャップ又はショートロールギャップが極めて重要である。
ABA共押出構成を有する微多孔質生成配合を押し出しMDO法によりフィルムにした((A)は52.8%のCaCO3、39.2%のLLDPE、3.5%のLDPE、4.4%のTiO2及び0.1%の酸化防止添加剤を含み、(B)は90%のポリプロピレンポリマー及び10%のポリエチレンポリマーを含んでいた)。3.0、4.0及び5.0の延伸比で、ロールギャップは0.02インチ及び0.035インチであった。両側に微多孔質層を、中央に微多孔質でない層を有するフィルムを製造した。得たフィルムは、ポリオレフィンの典型的な薄いフィルムに対応する低い水蒸気透過率を有するが、多くのパッケージ用途に適する、印刷向きの微多孔質フィルム表面、快い手触りなどを備えている。次の表8は結果を示している。
ポリエチレン100%の樹脂を押し出し、本発明のMOD法を用い、ロールギャップ0.045インチで単層フィルムにする。1000fpmを超える速度で、この方法を用いてフィルムを製造した。この実施例の製品は実質的に均一な27gsmのゲージを有し、微多孔質ではない。このように、「実質的に均一なゲージ」は、均一なゲージ又は厚さで高品質の微多孔質でないフィルムもまた特徴付けようとするものである。表9は結果を記載する。
Claims (67)
- 溶融状態にあるウェブ状の熱可塑性押出物を押し出すこと、
周速(V1)及び温度(T1)で運転される冷却ロールを配置して、前記ウェブを受け取り冷却することによりフィルムに成形すること、
前記V1を超える周速(V2)で運転される第2ロールを配置して、温度(T2)で前記フィルムを受け取ること、
前記フィルムを延伸するために、前記冷却ロールと前記第2ロールとの間のロールギャップを1インチ以下にするように前記冷却ロールから間隔を置いて前記第2ロールを配置すること、
前記T1及びT2の間の延伸温度、前記V1及びV2の間の速度で、前記ロールギャップにおいて前記フィルムを均一に延伸して、実質的に均一なゲージを有する延伸熱可塑性フィルムに成形すること
を含む、熱可塑性フィルムの製造方法。 - ロールギャップが0.005から0.05インチである請求項1に記載の方法。
- ロールギャップが0.01インチである請求項1に記載の方法。
- 前記V2とV1の比により、延伸比が1.25:1と4:1の間になる請求項1に記載の方法。
- 前記冷却ロールが、前記ウェブを受け取る第1ニップを形成するようにバッキングロールと共同する金属ロールである請求項1に記載の方法。
- 前記冷却ロールがエンボス金属ロール及び平滑なクロムロールの群から選択される請求項5に記載の方法。
- 前記バッキングロールがゴムロール及び金属ロールの群から選択される請求項5に記載の方法。
- 前記第2ロールが別のバッキングロールと共同して前記第1ニップから前記フィルムを受け取る第2ニップを形成する請求項5に記載の方法。
- 前記第2ロールが金属ロールである請求項8に記載の方法。
- 前記バッキングロールがゴムロールである請求項8に記載の方法。
- 真空ボックスが前記冷却ロールに近接して配置されている請求項1に記載の方法。
- 前記冷却ロールがエンボス金属ロール及び平滑なクロムロールの群から選択される請求項11に記載の方法。
- 前記第2ロールがバッキングロールと共同して前記冷却ロールから前記フィルムを受け取る第1ニップを形成する請求項11に記載の方法。
- 前記第2ロールが金属ロールであり、前記バッキングロールがゴムロールである請求項13に記載の方法。
- 前記V1が、押し出されたウェブでドローレゾナンスが始まる速度より僅かに小さく、V2がV1の4倍まで又はそれ以上の範囲にある請求項1に記載の方法。
- V2がV1の2から4倍である請求項15に記載の方法。
- 押し出されたフィルムが冷却ロールで当初のゲージを有し、延伸フィルムが当初のゲージより4倍まで又はそれ以上に薄い請求項1に記載の方法。
- 前記フィルムが1分間当たり4000まで又はそれ以上のフィート長の速度で均一に延伸される請求項1に記載の方法。
- 前記熱可塑性押出物が無機フィラー及び有機材料からなる群から選択される細孔生成粒子の分散相を含む熱可塑性ポリマーであり、前記延伸熱可塑性フィルムが、水蒸気透過率(MVTR)を有し、液体の透過に対するバリアである微多孔質である請求項1に記載の方法。
- 前記MVTRが1,000g/m2/日(ASTM E96(E)による)を超える請求項19に記載の方法。
- 前記MVTRが1,000を超え、4,000g/m2/日(ASTM E96(E)による)までである請求項19に記載の方法。
- 前記熱可塑性押出物がポリマーを含み、該ポリマーがポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、及びこのようなポリマーの2種以上のブレンド又は共押出物からなる群から選択される請求項1に記載の方法。
- 前記ポリオレフィンが、ポリエチレン、ポリプロピレン、これらのコポリマー、及びこれらのブレンドからなる群から選択される請求項22に記載の方法。
- 前記ポリオレフィンが無機フィラー及び有機材料からなる群から選択される細孔生成粒子の分散相を含み、前記延伸熱可塑性フィルムが微多孔質である請求項23に記載の方法。
- 前記細孔生成粒子フィラーが、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、タルク、及びマイカからなる群から選択される請求項24に記載の方法。
- 前記ロールギャップにおけるフィルムの温度が20℃から100℃(68°Fから212°F)の範囲にある請求項23に記載の方法。
- 前記ロールギャップにおけるフィルムの温度が30℃から80℃(86°Fから176°F)の範囲にある請求項26に記載の方法。
- 前記第2ロールの温度が21℃から82℃(70°Fから180°F)である請求項26に記載の方法。
- 延伸温度が冷却ロールにより制御される請求項1に記載の方法。
- 前記第2ロールがT2を雰囲気温度又はより高温に制御する請求項29に記載の方法。
- 前記T2がT1又はT1より低く保たれる請求項1に記載の方法。
- 前記フィルムの25%伸びでのMD引張強さと25%伸びでのCD引張強さの比が2を超え、ウェブの取扱いに適する弾性率及び柔軟性に適うCD引張が前記フィルムに付与される請求項1に記載の方法。
- 前記熱可塑性ポリマーがエラストマーポリマーである請求項1に記載の方法。
- 前記エラストマーポリマーが、ポリ(エチレン−ブテン)、ポリ(エチレン−ヘキセン)、ポリ(エチレン−オクテン)、ポリ(エチレン−プロピレン)、ポリ(スチレン−ブタジエン−スチレン)、ポリ(スチレン−イソプレン−スチレン)、ポリ(スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン)、ポリ(エステル−エーテル)、ポリ(エーテル−アミド)、ポリ(エチレン−酢酸ビニル)、ポリ(エチレン−アクリル酸メチル)、ポリ(エチレン−アクリル酸)、ポリ(エチレン−アクリル酸ブチル)、ポリウレタン、ポリ(エチレン−プロピレン−ジエン)、及びエチレン−プロピレンゴムからなる群から選択される請求項33に記載の方法。
- 前記ポリマーが、延伸により前記フィルムを微多孔質にする細孔生成無機フィラー粒子を含む請求項34に記載の方法。
- 前記延伸熱可塑性フィルムが0.25(6gsm)から10(250gsm)ミルの程度の厚さを有する請求項1に記載の方法。
- 前記熱可塑性押出物が、
30重量%から45重量%の線状低密度ポリエチレン又はポリプロピレン、
1重量%から10重量%の低密度ポリエチレン、及び
40重量%から60重量%の炭酸カルシウムフィラー粒子
を含む請求項1に記載の方法。 - 前記組成物が、高密度ポリエチレン、二酸化チタン、及びこれらの混合物からなる群から選択される成分をさらに含む請求項37に記載の方法。
- 前記熱可塑性押出物が異なるポリマー組成物の1つの層又は複数の層の共押出構造であり、
(a)通気性微多孔質フィルム
(b)通気性でない微多孔質フィルム、及び
(c)微多孔質でないフィルム
からなる群から選択される熱可塑性フィルムを生成する請求項1に記載の方法。 - 前記共押出構造が、ポリプロピレン、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、及びこれらのブレンドからなる群から選択されるポリマーの1つの層又は複数の層を有する請求項39に記載の方法。
- 前記熱可塑性フィルムをインクリメンタル延伸ロールに導入して前記フィルムをインクリメンタル延伸するさらなるステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記インクリメンタル延伸ロールが第1セクション及び第2セクションを備え、前記フィルムが前記第1セクションにより第1方向にインクリメンタル延伸され、その後、前記第2セクションにより第2方向にインクリメンタル延伸される請求項41に記載の方法。
- 前記第1及び第2延伸方向が実質的に互いに直交している請求項42に記載の方法。
- 前記延伸熱可塑性フィルムが0.25から2ミルのフィルム厚さを有する請求項37に記載の方法。
- ポリプロピレン、ポリエチレン、これらのコポリマー及びこれらのブレンドからなる群から選択され、細孔生成フィラーを含む微多孔質生成熱可塑性溶融押出物を押し出すこと、
周速(V1)及び温度(T1)で運転される冷却ロールを配置して、前記ウェブを冷却することにより微多孔質生成フィルムに成形すること、
前記V1を超える周速(V2)で運転される第2ロールを配置して、温度(T2)で、前記フィルムを受け取ること、
前記フィルムを延伸するために、前記冷却ロールと前記第2ロールとの間のロールギャップを1インチ以下にするように前記冷却ロールから間隔を置いて前記第2ロールを配置すること、
前記T1及びT2の間の延伸温度、前記V1及びV2の間の速度で、前記ロールギャップにおいて前記フィルムを延伸して、0.25から10ミルのフィルム厚さを有する微多孔質熱可塑性フィルムに成形すること
を含む、通気性で液体バリアの微多孔質熱可塑性フィルムの製造方法。 - 微多孔質フィルムが1,000g/m2/日(ASTM E96(E)による)を超える水蒸気透過率(MVTR)を有する請求項45に記載の方法。
- 前記MVTRが1,000から4,000g/m2/日(ASTM E96(E)による)である請求項45に記載の方法。
- 前記微多孔質フィルムの25%伸びでのMD引張強さと25%伸びでのCD引張強さの比が2を超え、ウェブの取扱いに適する弾性率及び柔軟性に適うCD引張が前記微多孔質フィルムに付与される請求項45に記載の方法。
- フィルムがアニールされる請求項1に記載の方法。
- 前記押出中に前記押出物を延伸可能な不織布繊維シートにラミネートして、前記均一延伸の前に前記ウェブとシートのラミネートを生成させるさらなるステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記均一延伸の後に前記延伸熱可塑性フィルムを不織布繊維シートにラミネートして前記フィルムと前記シートのラミネートを生成させるさらなるステップを含む請求項1に記載の方法。
- ウェブ状の熱可塑性溶融押出物を押し出すための押出機、
周速(V1)及び温度(T1)で運転されて、前記ウェブを受け取り冷却することによりフィルムに成形するための冷却ロール、
前記V1を超える周速(V2)で運転され、温度(T2)で前記フィルムを受け取る第2ロール
を備え、前記フィルムを延伸するために、前記冷却ロールと前記第2ロールとの間のロールギャップを1インチ以下にするように前記冷却ロールから間隔を置いて前記第2ロールを配置してゲージの均一なフィルムを提供する
延伸熱可塑性フィルムの製造装置。 - 前記冷却ロールが、ロールギャップを0.005から0.05インチとするように、前記第2ロールから間隔を置いて配置されている請求項52に記載の装置。
- 1.25:1と4:1の間のV2とV1の速度比で前記ロールが運転されるように設計されている請求項52に記載の装置。
- 前記冷却ロールが、前記ウェブを受け取る第1ニップを形成するようにバッキングロールと共同する金属ロールである請求項52に記載の装置。
- 前記冷却ロールがエンボス金属ロール及び平滑なクロムロールの群から選択される請求項55に記載の装置。
- バッキングロールがゴムロール及び金属ロールの群から選択される請求項55に記載の装置。
- 前記第2ロールが別のバッキングロールと共同して前記第1ニップから前記フィルムを受け取る第2ニップを形成する請求項52に記載の装置。
- 前記第2ロールが金属ロール及びゴムロールの群から選択される請求項58に記載の装置。
- 真空ボックスが前記冷却ロールに近接して配置されている請求項52に記載の装置。
- 前記冷却ロールがエンボス金属ロール及び平滑なクロムロールの群から選択される請求項60に記載の装置。
- 前記第2ロールがバッキングロールと共同して前記冷却ロールからフィルムを受け取る第1ニップを形成する請求項60に記載の装置。
- 前記フィルムをインクリメンタル延伸するためにインクリメンタル延伸ロールをさらに備える請求項52に記載の装置。
- 前記インクリメンタル延伸ロールが、フェルムを第1方向にインクリメンタル延伸し、その後、第2方向にインクリメンタル延伸するための、第1セクション及び第2セクションからなる請求項63に記載の装置。
- 前記第1及び第2延伸方向が実質的に互いに直交している請求項64に記載の装置。
- 前記押出機が最大押出速度まで運転され、前記冷却及び第2ロールがそれぞれ、前記押出速度の4倍まで又はそれ以上のV1及びV2で運転される請求項52に記載の装置。
- 前記ロールが1分間当たり4000まで又はそれ以上のフィート長の速度で運転される請求項66に記載の装置。
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