JP5822560B2

JP5822560B2 - ポリアミドフィルムの製造方法

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Publication number: JP5822560B2
Application number: JP2011143628A
Authority: JP
Inventors: 健二坪内
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: JP2013010225A; CN102848552A

Description

本発明はポリアミドフィルムの製造方法に関し、詳しくは、押出工程直後のキャストシートの冷却成形段階である製膜工程に主眼をおいたポリアミドフィルムの製造方法に関する。

ポリアミドフィルムのＴダイ法による製膜方法では、Ｔダイのスリットノズルよりポリアミド樹脂がシート状に溶融押出され、この溶融押出シートが、キャスティングロールと称される冷却ロール（以下、「ＣＲ」と略称することがある）に引き取られて冷却固化されることで、未延伸キャストシートとして成形される。

ポリアミドフィルムの製膜工程における溶融押出シートのＣＲへの押し付け方法として、エアーナイフからスリット状空気流をシートの巾方向に線状に均一に吹き付ける方法（以下、「エアーナイフ法」と略称する）が、従来から採用されている（たとえば特許文献１）。

ところが、エアーナイフ法では、Ｔダイのスリットノズル先端からＣＲ上のシートの接触線に至るエアーギャップ（以下、「ＡＧ」と略称することがある）において、溶融押出シートのドラフト変形を乱す不均一な外乱現象に起因したランダムな波状の冷却ムラや厚みムラを招くという厄介な問題がある。

詳細には、エアーナイフからスリット状空気流をＣＲ側に吹き付けることによって、その吹き付け直下では、溶融押出シートはＣＲ面に対して巾方向一直線に押し付けられて接触する。またＡＧでの巾変動を固定する目的で、シートの巾方向に対して左右両端の位置に耳押さえ用ノズルを設け、この耳押さえ用ノズルからの空気流によって、溶融押出シートの巾方向の両端部のみをスポット的にＣＲ面に密着させる。通常これまで、この耳押さえ用ノズルは、シートの走行方向に対してエアーナイフよりも上流側（すなわちＣＲ上のシートの接触よりも上手側の左右の位置）に設けられる。

ＣＲの回転に伴いＣＲ表面では随伴空気流が発生する。この随伴空気流は、ＡＧの終端の位置すなわち溶融押出シートがＣＲ上に接触する接触線で遮断され、左右すなわちシートの巾方向に分流分散しようとする。このとき、上記のように耳押さえ用ノズルを設けた設備では、ＣＲとの接触線よりも先に、耳押さえ用ノズルからの空気流で溶融押出シートの両端部がＣＲに密着されるために、左右に分流しようとする随伴空気流は、ＣＲとの接触線と耳密着部とで形成されるデルタ領域に袋状に閉じ込められることになる。これによって、ＣＲとの接触線の近傍では、閉じ込められた随伴空気流（動圧）によって溶融押出シートが膨らみ、ＣＲから浮き上がる現象が起きる。このシートの浮き上がり現象が生じると、均一なドラフト変形に異常を来たすと共に、ＡＧが振動して局所的にＣＲとの接触線が前進後退する変動を招くことになる。これらの現象は、特にシートの巾方向の端部に強く起き易い。これらの現象が生じると、シートの巾方向に一直線であった接触線が、シートの走行方向に対して前後に乱れ変動するために、キャストシートには波状の冷却ムラが起こり、これがフィルム物性のムラの原因となる。

この現象はＣＲの回転速度に依存する。高速化を図ってＣＲの回転速度を上昇させるほど、問題が顕在化するため、この現象はフィルムの高速生産性を阻害する重大な要因である。

一般的にポリアミド樹脂は結晶性の高い樹脂であり、上述の波状の冷却ムラは、シートの結晶化度のムラとなり、後段の吸水処理工程における走行トラブルや延伸工程での延伸性の障害の原因となる。これらのトラブルや障害は、延伸されたポリアミドフィルムの物性、特にフィルムの厚みムラ、表面平滑度、収縮性等々に影響するため、未延伸キャストシートの均一冷却はフィルム製造に関しての重要なファクターである。

しかしながら、こういったエアーナイフ法におけるＡＧ成形障害については、これまで有効な対策は施されていない。近年、優れたフィルム品質を求められる生産ラインでは、ＡＧ成形障害の影響を受け難くするためにＣＲ速度を遅くせざるを得ず、このため工業的に充分な高速生産性を達成できていない。

特許第３３６９３８１号明細書

このように従来の技術においては、高品質のポリアミドフィルムについて工業的にコストパーフォーマンスを満足した高速生産性を確保できないという問題点がある。

そこで本発明では、エアーナイフ法における溶融押出シートのドラフト変形を乱す外乱現象を抑え、高速での生産時にも均一な冷却成形を可能にすることで、優れたフィルム品質を維持しつつ高速でポリアミドフィルムを生産できるようにすることを目的とする。

本発明は、ダイよりシート状に溶融押出成形されたポリアミド樹脂を冷却ロール表面に押出し、エアーナイフから空気流を吹き付けることにより樹脂シートを冷却ロール表面に密着させるシート冷却成形方法において、溶融押出シートが冷却ロールに接する接触線よりシートの流れ方向に対して下流側に設けた耳押さえノズルから空気流を吹き付けることで、冷却ロールの回転に伴い冷却ロールの表面で発生し接触線で遮断される随伴空気流を、樹脂シートの左右へ分流分散させたうえで、シートの巾方向の左右両端を冷却ロールに押さえ付けて冷却することを特徴とするポリアミドフィルムの製造方法である。

本発明によれば、耳押さえノズルから空気流を吹き付けてシートの左右両端を押さえ付ける位置を、シートの走行方向に沿って冷却ロールに接触しているシート温度が、シートの巾方向の中央位置において押出温度から１２０℃に冷却される範囲とすることができる。

また本発明によれば、冷却成形されたキャストシートを延伸することができる。その場合に、リニアモーター方式で駆動されるテンターにより二軸延伸することができる。

本発明によれば、シートの回転冷却ロールとの接触線よりもシートの走行方向に対して下流側の位置に設けられた耳押さえ用ノズルによって、同ロールの表面の随伴空気流の左右への分流分散を妨げないようにすることができるとともに、シートの浮上りや振動の発生を防ぐことができ、エアーギャップにおける溶融押出シートのドラフト変形を安定させることができる。しかも、同ロールの表面に接触したシートの耳部の同ロールの表面への密着固定を強化するため、同ロールの表面でシートが滑ったり、また何らかの切っ掛けで不安定な巾変動が生じることを、確実に防止することができる。

本発明の実施の形態のポリアミドフィルムの製造方法を説明する図である。図１における要部の詳細を示す図である。

図１に示す製膜方法は、エアーナイフ法を示すものである。ここで、Ｔダイ１よりシート状に溶融押出されたポリアミド樹脂２は、ＣＲ３の表面に接触され、このＣＲ３に引き取られる。エアーナイフ４は、樹脂２のシート５に空気圧６を掛け、このシート５をＣＲ３の表面に接触させて冷却固化させる。７は、ＣＲ３へのシート５の接触線、すなわち、シート５がＣＲ３に接触し始める位置を表す線である。８は耳押さえ用ノズルで、シート５の走行方向に対して接触線６よりも下流側の位置に設けられ、シート５の巾方向の両端の耳部９に空気圧１０を掛けることで、耳部９をＣＲ３へ押さえ付ける。

エアーナイフ４としては、一般に使われているエアーナイフを用いることができる。例えば、本体とノズルとで構成され、固定ノズルと可動ノズルとがボルトで締結され、高圧ブロワーで送り込まれた空気をシート５の巾方向に噴出すものや、二分割構造の板状エアーナイフ部材同士の間にシムを挟みこんでボルトで締結し、一端にスリット状のノズルを形成した構成であって、圧縮空気が供給された内部チャンバーからその圧縮空気をスリット状のノズルを介して外部に吹き出す方式のものなどを用いることができる。

エアーナイフ４の先端リップはＣＲ３に対向して配置されるが、その先端リップとＣＲ３との間隔や、エアーナイフ４からの噴出空気圧は、溶融状態のシート５をＣＲ３に押し付ける効果が得られる範囲で任意に設定することができる。具体的には、エアーナイフ４の先端リップとＣＲ３との間隔は、通常１〜１０ｍｍであり、好ましくは１〜５ｍｍである。噴出空気圧は、特に限定されるものではない。

本発明においては、上述のように、Ｔダイ１から溶融押出された樹脂２のシート５がＣＲに接触する接触線７よりシート５の走行方向に対して下流側の位置で、シート５の巾方向の左右両端の耳部９を耳押さえ用ノズル８でＣＲ３へ押さえ付けて冷却成形することが最も重要である。これにより、ＣＲ３の表面の随伴空気流の左右への分流分散を妨げないようにすることができる。

このように耳部９をＣＲ３へ押さえ付けることで、接触線７の近傍でのシート５の浮上りや振動の発生を防ぐことができ、ＡＧにおける溶融押出シート５のドラフト変形を安定させることができる。

しかし、耳部９を単にＣＲ３に押さえ付けただけでは、シート５の巾寸法の変動が課題として残る。つまり、ＡＧではまだ溶融状態であるシート５は、そのドラフト比にもとづいて作用しているメルトテンションと、ＡＧ周りの状態変化とによってネックインの巾が簡単に変動してしまう。その原因は、次の通りである。すなわち、空気流を吹き付けているエアーナイフ直下の接触線７上では、溶融押出シート５はまだＣＲ３の表面に完全に密着しているのではなく、シート５とＣＲ３の表面との間に僅かな空気層が存在し、シート５とＣＲ３とは多点接触している状態にある。このため、軟らかく粘性を有する溶融状態の樹脂２の収縮力とＣＲ３の表面の接触保持力とのバランスが崩れると、ＣＲ３の表面に沿ってシート５が滑ったり、また何らかの切っ掛けで接触巾が広くなったりして、不安定な巾変動を繰り返す可能性がある。

これに対し本発明では、接触線７よりもシート５の走行方向に沿った下流側の位置に耳押さえ用ノズル８を設けて、ＣＲ３の表面に接触したシート５の耳部９のＣＲ３の表面への密着固定を強化することによって、上記のような巾変動を防ぐことができる。

耳押さえ用ノズル８自体は、従来から知られている構成のものを適用できる。例えば、市販のスプレーノズル、先端を円錐状に形成した空気ノズル、細管や薄肉管の先端を平たくスリット状に絞った構成のノズルなどを適用することができる。なお、これらに限定されるものではない。さらに、例えばＸＹＺθステージを用いて耳押さえ用ノズル８の位置およびノズル角度を微調整できるようにすると、操作性が向上する。

本発明によれば、シート５の巾方向に対して左右両端の耳部９をノズル８から空気流を吹き付けて押さえる位置が、図２に示すように、ＣＲ３に接触して走行しているシート５のシート温度が、巾方向の中央位置において押出温度から１２０℃に冷却される範囲１１とすることが好ましい。これは、上記と同様に、接触線７の近傍のシート５がまだ軟らかい粘性ポリマーの状態のときに、シート５の巾方向の両端を先行して密着固定することが重要なためである。シート５の中央位置の温度が１２０℃未満に冷却されてしまった位置では、その位置で耳部９を押さえても、それ以前に生じる上述の巾変動に対応できず、巾変動を抑制する効果が生じない。この観点から、耳押さえ用ノズル７は、エアーナイフ４からの空気流を妨げず、しかも接触線７に近接した位置に配置することがより好ましい。

ＣＲ３としては、内部に冷却媒体が常時循環する構造を持つものを用いることができる。ＣＲ３の表面材としては、硬質クロムメッキ、セラミック溶射コートなどが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。ＣＲ３の表面については、粗面加工されていると、ＣＲ３の表面とシート５との間に介在する空気層が安定するので好ましい。また、セラミック溶射コートを施したＣＲ３であると、シート５を構成する樹脂２に含まれるモノマーの付着を少なくすることができる。

冷却固化された後にＣＲ３から剥離されるときのフィルム１２の温度は、ＣＲ３の表面温度の設定により自由に選ぶことができる。剥離時の好ましいフィルム温度は、１５〜６０℃の範囲である。このためのＣＲ３の表面温度の設定は、ＣＲ３の内部を循環する水温による調整や、ＣＲ３の表面粗さを変更することによって行うことが可能である。剥離温度が１５℃未満であると、ＣＲ３の表面に水滴が露結して、水膜による密着ムラが製膜上のトラブルの原因となる。剥離温度の上限の６０℃は、ポリアミド樹脂のガラス転移点Ｔｇより高い温度であり、これより高温になると、ＣＲ３からの剥離が困難になり、剥離応力によってフィルムが縦方向に伸ばされるために厚みや平坦性が大きく損なわれる。

本発明にもとづきエアーナイフ法で冷却成形されたキャストシートは、さらに、延伸して延伸ポリアミドフィルムとすることができる。その延伸方法としては、縦または横一軸延伸方法、逐次二軸延伸方法、同時二軸延伸方法など、各種の方法を適用することができる。なかでも、逐次二軸延伸方法、同時二軸延伸方法が好ましい。同時二軸延伸方法としては、クリップの駆動方式によって、パンタグラフ式、スクリュー式、リニアモーター式などがあるが、特に、リニアモーターによってクリップが個別駆動されるリニアモーター式テンターが、高速走行性に優れていることから、ポリアミドフィルムの高速生産が可能となる本発明に適用するものとして最適である。

本発明の方法により製造されるフィルムを構成するポリアミド樹脂としては、ナイロン６、ナイロン６６が代表的なものである。その他に、ナイロン１１、ナイロン１２等の単独重合体も使用可能である。さらに、これらのポリアミド樹脂同士の混合物や共重合体等も使用することができる。上記ポリアミド樹脂には、公知の添加剤、例えば安定化剤、酸化防止剤、充填剤、滑剤、帯電防止剤、ブロッキング防止剤、着色剤などを含有させてもよい。

まず、以下の実施例、比較例における試料の評価方法について説明する。

（１）厚み測定評価
フィルムの巾方向をＴＤ方向、フィルムの流れ方向をＭＤ方向と称する。
接触式厚み計を用いて二軸延伸ポリアミドフィルムの厚みを、ＴＤ方向に２００ｍｍピッチの位置について、ＭＤ方向に５ｍｍピッチで１０ｍ測定した。更に、このＭＤ方向の厚み測定の最大標準偏差σの±２σのレンジを厚さムラとした。具体的な厚み計としては、山文電気社製の接触式卓上型オフライン厚み測定装置（ＴＯＦ−５Ｒ）を使用した。
次に下記の基準によって厚みムラの評価を行った。
○：厚さムラ良好１．０μｍ未満
△：厚さムラ限界１．０μｍ以上〜２．０μｍ未満
×：厚さムラ不良２．０μｍ以上

（２）偏光板観察によるムラの評価
光源の上に第１の偏光板をのせて固定し、その上に供試フィルムをのせ、さらに第２の偏光板を重ね、この第２の偏光板を回転させながら観察し、下記の基準によって評価を行った。
○：ムラがまったく観察されず良好
△：ムラの観察限界
×：波状ムラが観察され不良

［実施例］
口径１１５ｍｍの押出機と巾６００ｍｍのＴダイスを用いて、押出温度２６０℃でポリアミド樹脂をシート状に溶融押出した。この溶融シートを直径１０００ｍｍの表面に硬質クロムメッキした、表面粗さがＲz３μｍのＣＲ上に、エアーナイフ法で密着させて冷却し、厚み１５０μｍのキャストシートを製膜した。次に、得られたキャストシートを水温５０℃の吸水処理装置に通し、その後に連続して同時二軸延伸機にて、縦方向に３．０倍、横方向に３．３倍に延伸し、厚み１５μｍの二軸延伸ポリアミドフィルムを得た。

巾６００ｍｍのエアーナイフを用いて、エアーナイフの先端とＣＲとの間隔を３ｍｍにセットし、エアーナイフより空気流を吹き付けることにより溶融押出シートをＣＲの表面に押し付けるようにした。ＣＲの表面温度は２０℃に調整した。

耳押さえ用ノズルとしては、先端内径１ｍｍのステンレス細管を用いた。耳を押さえる位置は、ＣＲに接触しているシート温度が、巾方向の中央位置で１９０℃の位置における巾方向の左右端とし、ノズル角度を微調整して同ノズルを固定した。シートの剥離点の温度は２５℃であった。尚、シート温度の測定には、日本アビオニクス社製の赤外線サーモグラフィ装置（ＴＶＳ２００）を使用した。

その結果を表１に示す。いずれの生産速度の場合も、厚みムラは０．８μｍで、偏光版観察でもムラは見られなかった。また巾変動は起きずに長時間安定して生産できた。

［比較例］
耳押さえ用ノズルを、シートのＣＲとの接触線よりシートの走行方向に対して手前（すなわち上流側）２０ｍｍの位置に設けた。それ以外は上記の実施例と同様にして、二軸延伸ポリアミドフィルムを得た。

その結果を表１に示す。厚みムラは１．２μｍであり、偏光板観察で波状ムラが確認された。このため、品質確保を目的として生産速度を下げざるを得なかった。

１Ｔダイ
２ポリアミド樹脂
３回転式の冷却ロール
４エアーナイフ
５シート
７接触線
８耳押さえ用ノズル

Claims

ダイよりシート状に溶融押出成形されたポリアミド樹脂を冷却ロール表面に押出し、エアーナイフから空気流を吹き付けることにより樹脂シートを冷却ロール表面に密着させるシート冷却成形方法において、溶融押出シートが冷却ロールに接する接触線よりシートの流れ方向に対して下流側に設けた耳押さえノズルから空気流を吹き付けることで、冷却ロールの回転に伴い冷却ロールの表面で発生し接触線で遮断される随伴空気流を、樹脂シートの左右へ分流分散させたうえで、シートの巾方向の左右両端を冷却ロールに押さえ付けて冷却することを特徴とするポリアミドフィルムの製造方法。
耳押さえノズルから空気流を吹き付けてシートの左右両端を押さえ付ける位置を、シートの走行方向に沿って冷却ロールに接触しているシート温度が、シートの巾方向の中央位置において押出温度から１２０℃に冷却される範囲とすることを特徴とする請求項１記載のポリアミドフィルムの製造方法。
冷却成形されたキャストシートを延伸することを特徴とする請求項１または２記載のポリアミドフィルムの製造方法。
リニアモータ方式で駆動されるテンターにより二軸延伸することを特徴とする請求項３記載のポリアミドフィルムの製造方法。