JP6492269B2 - フィラー含有プラスチックシートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィラーを含有するプラスチックシートの製造方法に関する。

無機物質を添加したプラスチックシートは、原料の無機物質がどこでも容易に入手できることから、近年環境に優しい合成紙として提案され実用化され始めている（特許文献１、２）。これらのプラスチックシートが紙として広範囲に使用されるためには、その見かけ比重を適度な範囲に調節することが必要であり、そのために無機物質を添加した原料プラスチックシートを延伸により比重を調節して製造する方法が提案された。

前記プラスチックシートは、熱可塑性樹脂を使用するためリサイクルが可能であることに加え、上記の無機物質からなるフィラーの含有率を高めることにより石油原料由来の材料の含有率を低減することができるため、環境に対する負荷を低減できるという特徴を有する。

一方、プラスチックシート中のフィラーの含有率を高めた場合、一般的な製造条件では、当該シートが硬く脆くなることから、プラスチックシートの製造時に引張り応力が与えられると、プラスチックシートが直ちに破断してしまうという問題があった。そのため、一般に、フィラーを高配合したプラスチックシートは、延伸加工等の条件設定において裕度が小さく、加工が困難であったり、最終製品として調節可能な見かけ比重、白色度、不透明度等の物性の範囲も限られていた。

特開平１１−２７７６２３号公報 特開２０１３−１０９３１号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、フィラーを高配合した原料プラスチックシートの強度、及び破断伸び（伸張率）を向上させ、加工条件の裕度を向上することのできるプラスチックシートの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、フィラーを高配合した原料プラスチックシートに対して流れ方向に引っ張りながら局所的に垂直力を加えることにより内部構造に変化を起こさせると、原料プラスチックシートの強度及び破断伸び（伸張率）を向上させることが可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明のプラスチックシートの製造方法は、フィラーを５０質量％以上８５質量％以下含有する原料プラスチックシートを、流れ方向に引張ながら、固形物体表面に押し付けるように接触させ、その当接部分においてシートが折り曲げられるような状態にし、シート内部に作用する応力を発生させて原料プラスチックシートを処理する曲げ処理工程を有する。

本発明によれば、フィラーを高配合したプラスチックシートの強度及び破断伸び（伸張率）を向上させて、加工条件の裕度が向上したプラスチックシートの製造方法を提供することができる。

本発明の固形物体断面の一態様を模式的に示す図である。 本発明の固形物体断面の別の一態様を模式的に示す図である。 本発明のプラスチックの製造方法の一態様を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施態様に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

本発明のプラスチックシートの製造方法は、フィラーを５０質量％以上８５質量％以下含有する原料プラスチックシートを、流れ方向に移動させる途中、固形物体表面に押し付けるように接触させ、その当接部分においてシートが折り曲げられるような状態にし、シート内部に作用する応力を発生させて原料プラスチックシートを処理する曲げ処理工程を有することを特徴とする。

以下、本発明のプラスチックシートの製造方法について詳細に説明する。

本発明における原料プラスチックシート及び本発明の製造方法で製造されるプラスチックシートには、少なくとも熱可塑性樹脂とフィラーが含有される。また、本発明において原料プラスチックシートとは、本発明に特定された工程を経る前のプラスチックシートを指す。

本発明に使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン及びポリエチレンテレフタレートからなる群から選択される一種類以上の樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂としては、特に、結晶性熱可塑性樹脂が好ましく、なかでも、オレフィン樹脂を選択することが好ましい。

更に、製造の容易さの点から、全熱可塑性樹脂の５０重量％以上１００重量％以下の範囲で、メルトマスフローレイトが０．０２ｇ／１０分以上０．５ｇ／１０分以下の熱可塑性樹脂を使用し、残部に、０．５ｇ／１０分以上１．２ｇ／１０分以下のメルトマスフローレイトを有する熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。得られるプラスチックシートの強度の点からは、ポリエチレン樹脂の使用が好ましく、特に高密度ポリエチレン樹脂を用いることがより好ましい。また、プラスチックシートの剛度を向上させるために、上記ポリエチレン樹脂に、ポリスチレン等の硬質の樹脂を併用することも好ましい。

なお、本明細書において、メルトマスフローレイトの値は、ＪＩＳ Ｋ ７２１０：１９９９「プラスチック−熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレート（ＭＦＲ）」（但し、試験温度１９０℃）により測定される値を意味する。

本発明に使用されるフィラーとしては、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、クレー、タルク、カオリン、水酸化アルミニウム等、従来プラスチック製品に充填材として添加される無機物質粉末を、特に限定されることなく使用できる。熱可塑性樹脂と相溶しない樹脂粒子粉末を、フィラーとして用いることも可能であるが、この場合にはプラスチックシート中への分散性向上のために、予めこれらのフィラーの表面を常法に従い改質することが好ましい。

プラスチックシートの表面粗さを、適度な範囲に調節するとともに、プラスチックシート表面から大きなフィラー粒子が離脱することを防ぐために、その粒径分布範囲内に、粒子径５０μｍ以上の粗大粒子を含有しないことが好ましい。他方、フィラーの粒子が細かくなり過ぎると、熱可塑性樹脂と混練した際に粘度が著しく上昇し、原料プラスチックシートの製造が困難になるので、前記フィラーの平均粒子径は０．５μｍ以上とすることが好ましい。

なお、本発明におけるフィラーの粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定した、積算％の分布曲線から得られる５０％粒子径（ｄ５０）である。

本発明の原料プラスチックシートは、上記熱可塑性樹脂とフィラーとを、重量比５０：５０〜１５：８５の範囲で混合し、従来から汎用されているカレンダー法、押出法、インフレーション法等の公知の手段を利用して製造することができる。例えば、熱可塑性樹脂とフィラーを直接二軸のスクリューを装備した押出成形機に投入して混練及びシート状に成形して製造することもできるし、両者を二軸のスクリューを装備した押出成形機に投入して混練し一旦ペレット等の中間体を製造した後、この中間体を成形機等に投入してシート状に成形して製造することもできる。

各材料を上記重量比で混合することにより、押出成形後のシートの白色度及び不透明度を高める事ができ、紙の分野で使用できるだけはなく、その特殊な性質を利用して新素材に加工することができる。また、このプラスチックシートに延伸性が付与されていれば延伸を行った場合に、比較的容易にフィラーの周囲に生じる空隙量を適当な範囲に設定することができるため、最終的なプラスチックシートの見かけ比重や白色度、不透明度等を所望の範囲に調整することが可能となる。

後述する本発明の曲げ処理の効果は、フィラーを５０質量％以上含有するシートで顕著に発揮される。フィラーを充填すると、充填量が増加するに従い成形したシートの強度が低下し、その傾向は、引張強度及び伸長率の数値で代表されるが、発明者らの実験結果によると次のような現象が明らかとなった。

フィラーを５０質量％充填したシートを曲げ処理すると、シートのＴＤ方向（押出成形時の流れ方向に直角方向）の引張強度及び伸長率が上昇し、フィラーを６０質量％充填した場合には、シートのＴＤ方向のみでなく、ＭＤ方向（押出成形時の流れ方向）の引張強度及び伸長率も明らかに上昇する。フィラーの充填率が７０質量％になると、曲げ処理の効果はさらに顕著となる。

上記方法の中でも生産性や得られる原料プラスチックシートの機械的特性、フィルム厚さの制御のし易さ、種々の樹脂への適用性、環境への負荷等を考慮すると、溶融押出成形で製造する方法が好ましい。なかでも、シート構造を変更して見かけ比重等を任意に調整するには、まずＴダイ方式による押出成形で原料プラスチックシートを作成することが好ましい。

前記原料プラスチックシートの作製は、上記の構成材料を所定の配合比で、Ｔダイをセットした混練押出成形機に投入し、前記構成材料を溶融混練した後、同一機内でフィルム化を直接行う方法が適用できる。また、一旦混練押出機に構成材料を所定配合比で投入し、溶融混練してペレット化した後、得られるペレット（コンパウンド）を、更にＴダイをセットした別の押出成形機に投入してフィルム化することもできる。使用する押出機が二軸押出機であれば、その強い剪断力の作用でこれらの成分を均一に溶融・分散させてフィラー高充填シートを容易に得ることができるため特に好ましい。組み合わせる成分の分散性に問題がない場合には、単軸押出機でシート化を実施しても構わない。

本発明の原料プラスチックシート及び本発明の製造方法で製造されるプラスチックシートには、上記した熱可塑性樹脂とフィラーの他に滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色用顔料、分散剤、帯電防止剤、難燃剤等の中から選ばれる１種以上の補助剤を、目的に反しない範囲で添加することができる。以下に、これらのうち、特に重要と考えられるものについて例を挙げて説明するが、これらに限られるものではない。

滑剤としては、例えば、ステアリン酸、ヒドロキシステアリン酸、複合型ステアリン酸、オレイン酸等の脂肪酸系滑剤、脂肪族アルコール系滑剤、ステアロアミド、オキシステアロアミド、オレイルアミド、エルシルアミド、リシノールアミド、ベヘンアミド、メチロールアミド、メチレンビスステアロアミド、メチレンビスステアロベヘンアミド、高級脂肪酸のビスアミド酸、複合型アミド等の脂肪族アマイド系滑剤、ステアリン酸−ｎ−ブチル、ヒドロキシステアリン酸メチル、多価アルコール脂肪酸エステル、飽和脂肪酸エステル、エステル系ワックス等の脂肪族エステル系滑剤、脂肪酸金属石鹸系族滑剤等を挙げることができる。これらは、単独で又は２種以上を組合せて使用することができる。

酸化防止剤としては、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ペンタエリスリトール系酸化防止剤が使用できる。リン系、より具体的には亜リン酸エステル、リン酸エステル等のリン系酸化防止安定剤が好ましく用いられる。亜リン酸エステルとしては、例えば、トリフェニルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイト、トリス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ホスファイト等の亜リン酸のトリエステル、ジエステル、モノエステル等が挙げられる。

リン酸エステルとしては、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリス（ノニルフェニル）ホスフェート、２−エチルフェニルジフェニルホスフェート等が挙げられる。これらリン系酸化防止剤は単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

フェノール系の酸化防止剤としては、α−トコフェロール、ブチルヒドロキシトルエン、シナピルアルコール、ビタミンＥ、ｎ−オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネイト、２−ｔｅｒｔ−ブチル−６−（３'−ｔｅｒｔ−ブチル−５'−メチル−２'−ヒドロキシベンジル）−４−メチルフェニルアクリレート、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノメチル）フェノール、３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルホスホネイトジエチルエステル、及びテトラキス［３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオニルオキシメチル］メタン等が例示され、これらは単独で又は２種以上を組合せて使用することができる。

本発明の原料プラスチックシートの平均厚さは、用途に応じて、また、シート化後の延伸倍率も考慮して、任意に選択することができる。原料プラスチックシートから得られる、最終的なプラスチックシートの厚さを考慮すると、原料プラスチックシートの平均厚さは、５０μｍ以上４００μｍ以下の範囲が好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下であることが更に好ましい。原料プラスチックシートの平均厚さが５０μｍより厚ければ、十分な破断伸びを確保することができ、延伸加工に対する裕度が向上して、プラスチックシートの物性を所望の範囲に調整することが容易となる。また、４００μｍより薄ければ、最終製品を適度な厚さに調節でき、また延伸に必要な荷重も過大になりすぎず延伸加工が容易となる。

なお、本発明におけるシートの平均厚さを正確に求める場合には、成形して得られたシートの任意に選んだ異なる１０点の位置における厚さを、定圧をかけられるダイヤルゲージ・マイクロメーターで測定し、得られた値を平均して求める。

上記原料プラスチックシートはフィラー含有量が高く、通常の製造条件では硬く脆いため、延伸等の加工を加えることが不可能か極めて困難であり、加工条件の裕度も極めて小さい。

本発明者は、上記原料プラスチックシートに下記の曲げ処理する工程を加えることにより、意外にも、硬く脆い原料プラスチックシートに十分な柔軟性を付与することができ、結果として、これに続く延伸処理条件の裕度を向上することができることを見出した。

本発明では、上記原料プラスチックシートの表面に、棒、板又ははりのような長尺の固形の物体を、その長尺方向がシートの流れ方向（機械方向、ＭＤ方向）を横断するように押し当て、上記原料プラスチックシートを曲げ処理する工程を設けることとした。その際に、物体の原料プラスチックシートへの当接部分にて、上記原料プラスチックシートが折り曲げられて屈曲した状態で、上記物体と上記原料プラスチックシートとを相対的に移動させるようにして応力を加えることが好ましい。

本発明では、曲げ処理は、原料プラスチックシートの表面又は裏面に対し少なくとも一度行う必要がある。前記曲げ処理は、原料プラスチックシートの表面及び裏面のいずれかのみ、あるいは、双方に対し行うことができる。ただし、曲げ処理を原料プラスチックシートの片面だけに対してのみ行うことは、プラスチックシートにそりが発生する原因となることがあるため、シートのそりに注意する必要があり、そり防止の点からは、曲げ処理をシートの両面に対し行うことが好ましい。

曲げ処理をシートの表面及び裏面の両方に行う場合は、曲げ処理を表面及び裏面に対し連続して行うことも、表面あるいは裏面のいずれかに対し先に曲げ処理を行った後、改めて反対側の面に対して曲げ処理を行うこともできる。また、原料プラスチックシートを一旦ロールに巻き取り原反ロールを作製した後、該原反ロールに対して曲げ処理を行うこともできるし、原料プラスチックシートの製造と曲げ処理を連続的に行うこともできる。

本発明における固形物体は、種々の幅を有する原料プラスチックシートへ当接させて一定の押圧力をもって原料プラスチックシートに押し当てるため、長尺の部材を採用することが有効である。具体的には、棒、板、又は、はりのような形状を有する部材とすることができる。板部材を使用する場合は、その端部を押圧するための部位として使用する。原料プラスチックシートの幅方向の各位置にバラツキのない圧力を印加するためには、前記固形物体の長手方向の長さを、原料プラスチックシートの幅方向（ＣＤ方向）よりも十分長くし、原料プラスチックシートの流れ方向を横断するように配置することが好ましい。その際、固形物体の長手方向と原料プラスチックシートの流れ方向とは垂直又は垂直近傍とすることが、原料プラスチックシートの幅方向の各位置において、バラツキのない押圧力を印加するうえで好ましい。固形物体の長手方向と原料プラスチックシートの流れ方向との角度は垂直であることが望ましいが、例えば、垂直に対し、±２０度、好ましくは±１０度、更に好ましくは±５度の範囲に設定することができる。

本発明における固形物体の材質は特に限定されるものではなく、目的に応じ周知の材質の中から選択することができる。例えば、ＳＵＳ等の各種金属材料、ＦＲＰ等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。原料プラスチックシートの幅方向に、バラツキのない、均一な応力を印加するため、固形物体の材質として、剛性の高い材質を選ぶことが好ましい。

本発明における固形物体を長手方向視した場合の断面形状は、円、楕円、三角形、方形、その他多角形等、特に限定されることなく採用することが可能である。三角形、方形又はその他多角形を使用することにより、一つの固形物体により、同時に２回以上の曲げ処理を行うこともできる。

更に、上記固形物体と原料プラスチックシートの当接部分の断面形状は、シートが破断しない程度に鋭角な角部を有するか、又は、曲率半径が小さいＲ部を有することが望ましい。固形物体の原料プラスチックシートへの当接部分の形状を上記のようになすことにより、原料プラスチックシートに十分な垂直力（フィルムの厚さ方向に印加する力）を与える事ができ、その結果、原料プラスチックシートに対する加工性が向上する。

上記固形物体について、図１、２を用いて説明する。図１は、多角形の固形物体（１）の断面図及びその当接部の拡大図である。当接部の角部について、更に説明する。角部は、断面形状が多角形の固形物体における凸状部分を指し、頂点（４）とそれを挟む２つの辺（２）からなる。角部の角度とは、角部を構成する、上記２つの辺（２）のなす角度（３）である。

続いて、固形物体のＲ部について説明する。固形物体のＲ部とは、断面形状が楕円状の固形物体（１Ａ）の先端又は円形状の固形物体の当接部をいう。固形物体が楕円の場合、曲率半径とは、楕円の先端における頂点に内接する円の半径を指す。また、該Ｒ部は、図２に示すように、断面形状が多角形の固形物体における当接部に丸みを持たせたものも含む。この場合、その曲率半径とは、当接部の頂点（４Ａ）に内接する円（６）の半径（５）である。

固形物体が角部を有す場合、原料プラスチックシートの流れ方向に対し、上記当接部分を平行断面視した場合に、その角度が６度以上１２０度以下であることが好ましい。更に好ましくは、２０度以上９０度以下、望ましくは、４５度以上６０度以下である。上記角度が６度以上であれば、原料プラスチックシートにダメージを与えることなく曲げることができ、１２０度以下であれば、原料プラスチックシート全体に十分な垂直力を与えることができる。より大きな垂直力を与えるために、特に、９０度以下の鋭角とすることが好ましい。

また、固形物体がＲ部を有す場合、原料プラスチックシートの流れ方向に対し、上記当接部分を平行断面視した場合に、曲率半径が５０ｍｍ以下であることが好ましい。更に好ましくは、１０ｍｍ以下、望ましくは、２．０ｍｍ以下である。Ｒ部の曲率半径が５０ｍｍ以下であれば、当接部の単位面積当たりの接触圧力が十分で、シートに対して必要な垂直力を与えることができる。また、曲率半径の下限値は特にないが、シートがこすれることによる摩耗等の不具合を防止する点から、０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。

前記原料プラスチックシートを引っ張りながら、前記固形物体との当接部分で折り曲げられるような状態にして、曲げ処理を行うと、フィラーが高充填された原料プラスチックシートの強度及び破断伸びを向上させることができる。

このメカニズムは原料プラスチックシートの内部に引張応力が働いている過程で、固形物体の当接により強い垂直力が働くと、原料プラスチックシートの厚さ方向に垂直応力が作用し、その結果、シートの流れ方向に剪断応力が発生してシート内部構造を弛緩させると判断される。

本発明の曲げ処理において、上記固形物体を一つのみ使用しても構わないが、２つ以上の固形物体を同時に使用することも可能である。

続いて、図３を用いて、本発明に係るプラスチックシートの製造方法を、より具体的に説明するが、本発明はこれに限られるものではない。二軸のスクリューを装備した混練押出成形機（７）に、上記した材料を所定配合比で投入し、加熱、溶融して混練する。二軸混練押出機によると、投入した原料に対し強い剪断力を作用させ、各成分を均一に分散させることができる。混練押出成形機（７）に投入され溶融状態となった材料は、Ｔダイ（８）から、加圧ロール（９）と引き取りロール（１０）の間に供給されてシート化され、シート状に成形されて原料プラスチックシート（１１）が形成される。加圧ロール（９）と引き取りロール（１０）の両ロールの速度及び両ロール間のギャップを調整することにより、任意に原料プラスチックシート（１１）の厚さを調整することが可能となる。

引き取りロール（１１）の先には、図示しないフレームに固定された長尺状の固形物体（１２）が複数設けられており、その間に原料プラスチックシート（１１）が導入される。固形物体１２の先には、巻取りロール（１３）が設けられ、巻取りロール（１３）の回転により原料プラスチックシート（１１）が矢印で示される方向に引き取られる。固形物体（１２）の前後に、ガイドローラー（１４）を設けても良い。

長尺状の固形物体（１２）は、その長手方向が原料プラスチックシート（１１）の流れ方向を横断するように配され、原料プラスチックシート（１１）の運動方向が、固形物体（１２）の原料プラスチックシート（１１）への押圧部分にて折り曲げられるような角度をもって変向される。図３においては、固形物体（１２）の断面形状は方形であり、原料プラスチックシート（１１）の運動方向が、固形物体（１２）の角部２箇所において折り曲げられるように変向される。

図３において、原料プラスチックシート（１１）に働く固形物体（１２）によって与えられる垂直力や剪断応力は、引き取りロール（１０）の回転よりも巻取りロール（１３）の回転を高めることにより生じる速度差に基づいて、原料プラスチックシート（１１）に働く張力によって強化される。

引き取りロール（１０）及び巻取りロール（１３）の回転速度及びその比は、原料プラスチックシート（１１）に働く応力の大きさを考慮して決定することが好ましい。また、押出機のダイス出口から引き取った原料プラスチックシートを直接曲げ処理にかける場合には、ダイス出口からの引き取り速度に合わせて巻取りロール速度を決定する必要がある。

引き取りロール（１０）及び巻取りロール（１３）の回転速度の差の範囲は、０．０８ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下が好ましいが、曲げ処理に供する原料プラスチックシートの履歴（押出成形直後、長期間保管等の条件）により最適な回転速度差を決める必要がある。

図３において、上記曲げ処理工程を経た原料プラスチックシートを、一旦そのままロールに巻き取り、ロール原反とすることもできるし、原料プラスチックシートをそのまま図示しない周知の延伸機に連続して導入し、延伸してからロール原反としてもよい。

以上、原料プラスチックシートを流れ方向に移動させることを中心に説明したが、原料プラスチックシートを固定し、固形物体のほうを移動させてシート内に引張応力を与える態様とすることも可能である。

曲げ処理工程を経た原料プラスチックシートを、その流れ方向もしくは幅方向のいずれか、又は両方向に延伸することにより、プラスチックシート最終製品の見かけ比重、白色度、透気度、吸水度等の諸特性を所望の範囲に調整することができる。

上記延伸工程は、曲げ処理工程を施した原料プラスチックシートの流れ方向あるいは幅方向の少なくとも１方向に延伸して行われ、一軸延伸、二軸延伸のフィルムが提供される。二軸延伸の方法には、逐次二軸延伸、同時二軸延伸があり、そのいずれも採用することが可能である。

曲げ処理工程後の原料プラスチックシートの延伸倍率は、プラスチックシートの使用目的と、用いる熱可塑性樹脂の特性を考慮して決定する。本発明の原料プラスチックシートはフィラーが高充填されているため、その延伸倍率は、１．２倍以上４．０倍以下であることが好ましく、１．５倍以上３．０倍以下であることが更に好ましい。

必要な延伸倍率は、計算により算出することも可能である。延伸をかける前のプラスチックシートの１平方メートルあたりの重量（坪量ともいう。）Ｗ（ｇ／ｍ^２）を測定し、生産計画で定められた製品の見かけ比重Ｄ及び縦横比（縦方向と横方向の延伸倍率の比）Ｒと、横延伸後の製品の厚さの目標値Ｔ（ｃｍ）を使って、次式により延伸倍率（縦方向Ｘ倍、横方向Ｙ倍）を決め、延伸を行うことができ、更に装置ごとの操業経験で容易に推定可能である。
Ｘ^２＝Ｗ×１０^−４／（Ｄ×Ｚ×Ｒ×Ｔ）
Ｘ＝ＲＹ
式中、 Ｄ：生産計画で定められた製品の見かけ比重
Ｒ：生産計画で定められた縦横比（縦方向と横方向の延伸倍率の比）
Ｗ：縦延伸をかける前のシートの１平方メートルあたりの重量（ｇ）
Ｘ：縦方向の延伸倍率
Ｙ：横方向の延伸倍率
Ｚ：縦延伸によるシートの横方向の長さの収縮倍率もしくは伸長倍率

この延伸を、使用する熱可塑性樹脂の融点より３０〜４０℃程度低い温度で行なうと、プラスチックシート中に空隙を形成しやすく、より見かけ比重を低減することができ、普通紙に近づけることができるために好ましい。特に、熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン樹脂を使用する場合には、延伸を９５℃以上１０５℃以下で行うことが好ましい。

延伸に伴う空隙形成に従い、プラスチックシートの比重が低減する。更に、縦延伸と横延伸を組み合わせ、且つ、その延伸倍率を高めていくに従い、生成した独立空隙同士が連結して一部に連続空隙を形成するため、透気度、吸水度等の諸特性を大きく変更することが可能となる。

上記延伸加工後のプラスチックフィルムの平均厚さは、使用の目的に応じ設定することが可能である。通常紙分野の用途に使用する場合は、３０μｍ以上３５０μｍ以下、好ましくは８０μｍ以上３００μｍ以下とすることが好適である。少なくとも３０μｍ以上であれば、プラスチックフィルムの機械的特性が十分となるので好ましい。

本発明の製造方法で作成したプラスチックシートに、目的に応じ、両面あるいは片面に表面改質を行うとよい。このような表面改質としては、親水化、疎水化やガスバリア性の付与等、その他、数多くの処理法が知られており、これらの中から所望の機能を付与する方法を適宜選択することが可能である。

例えば、延伸加工後のプラスチックシートを親水性化するためには、該プラスチックシートに主剤として水性高分子を含有する水系処理剤を塗工処理する方法、あるいは、酸素プラズマ処理等の方法が適用できる。前者の場合、水系処理剤中のカチオン基含有水性高分子を特定量の水溶性架橋剤で架橋させることが好ましい。使用することのできる水性高分子はポリビニルアルコールやポリアクリル酸のように、本来水溶性である高分子、あるいは、各種カチオン基を導入することによって初めて水溶性を付与された高分子を使用することができる。

プラスチックシート表面に付与する親水性の程度は、その後形成する加工材料により異なるが、ＪＩＳ Ｒ３２５７：１９９９における水接触角測定において、接触角が９０度以下、好ましくは、４０度以上９０度以下となるように調整することが好ましい。水接触角が９０度を超えると、加工材料による均一な層を形成することが難しくなる。

延伸加工後のプラスチックフィルムに対し、各種のガスバリア性付与のための表面改質を行う場合には、例えば、酸化珪素からなるガスバリア層を真空中においてプラスチックフィルム表面に成膜する。高いガスバリア性を発現させるためには、現時点ではプラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）法が好ましく、上記プラスチックフィルムの片面もしくは両面に成膜することができる。この時、ロール状のプラスチックフィルムを巻取式にて連続蒸着を行うことが好ましい。例えば、公知の巻取式の真空蒸着成膜装置を用いることができる。この時、プラズマ発生装置としては、直流（ＤＣ）プラズマ、低周波プラズマ、高周波プラズマ、パルス波プラズマ、３極構造プラズマ、マイクロ波プラズマ等の低温プラズマ発生装置が用いられる。

プラズマＣＶＤ法により積層される酸化珪素からなるガスバリア層は、分子内に炭素を有するシラン化合物と酸素ガスを原料として成膜することができ、この原料に不活性ガスを加えて成膜することもできる。分子内に炭素を有するシラン化合物としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、テトラメチルジシロキサン、メチルトリメトキシシラン等の比較的低分子量のシラン化合物を選択することができる。これらシラン化合物の一つ又は複数を用いることも可能である。

プラズマＣＶＤ法による成膜では、上記シラン化合物を気化させ酸素ガスと混合したものを電極間に導入し、低温プラズマ発生装置にて電力を印加してプラズマ化して成膜する。この時、バリア層の膜質を、シラン化合物やガス種の変更、シラン化合物と酸素ガスの混合比や、印加電力の増減等様々な方法で変えることが可能である。

更に、上記プラスチックシートに機能層を設けることで、幅広い用途に対応できる積層フィルムとすることができる。機能層としては、例えば、インク受容層、帯電防止層、金属層、印刷着色層、接着剤層等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらのなかから複数選択して積層することもできる。

本発明の製造方法で得られたプラスチックシートは、印刷用紙、包装用紙、絶縁紙、包装容器等の、通常紙が使用される分野に、特に限定なく、その代替物として使用することができる。

次に、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

＜比較例１＞
Ｔダイを備え付けた小型二軸混練押出成形機（テクノベル社製）を用いて、高密度ポリエチレン樹脂と炭酸カルシウム粉末とを、質量比２０：８０となるように調節し、更に、マグネシウムステアレートを両原料に対し３質量％となるように配合して、設定温度２２０℃で混練し、同時に原料プラスチックシートを押出成形する直接法成形を行った。ダイス出口から成形シートを引取ロール（９０℃）に引き取り後、直ちに巻取ロール（３０℃）に巻き取り、その際の引取ロール及び巻取ロールの回転速度をそれぞれ１．７５ｍ／ｍｉｎに設定した。得られたプラスチックシートの平均厚さは、０．２０ｍｍであった。

＜比較例２＞
引取ロール及び巻取ロールの回転速度をそれぞれ０．７５ｍ／ｍｉｎに設定してシートを作成した以外は比較例１と同様にしてシートを作成した。得られたプラスチックシートの平均厚さは、０．１９ｍｍであった。

＜実施例１＞
前記、小型二軸混練押出成形機の引取ロールと、巻取ロールの間の２箇所に、図３に示すように、方形の固体物体を備えて裏面及び表面に対する曲げ処理のパートを設けた。この設備を使用し、引取ロールの回転速度を１．８６ｍ／ｍｉｎ、巻取ロールの回転速度を２．１０ｍ／ｍｉｎにそれぞれ設定してシートを作成した以外は比較例１と同様にしてシートを作成した。ここで、固体物体の角部の角度は９０°である。

曲げ処理工程を行う前の原料プラスチックシートの厚さは０．１８ｍｍであったのに対し、曲げ処理工程を経た後に得られたプラスチックシートの平均厚さは、０．１１ｍｍであった。

＜実施例２＞
引取ロールの回転速度を０．７８ｍ／ｍｉｎ、巻取ロールの回転速度を０．８８ｍ／ｍｉｎにそれぞれ設定した以外は実施例１と同様にしてシートを作成した。曲げ処理工程を行う前の原料プラスチックシートの厚さは０．２５ｍｍであったのに対し、曲げ処理工程を経た後に得られたプラスチックシートの平均厚さは、０．２２ｍｍであった。

＜実施例３＞
引取ロールの回転速度を１．０６ｍ／ｍｉｎ、巻取ロールの回転速度を２．４３ｍ／ｍｉｎにそれぞれ設定した以外は実施例１と同様にしてシートを作成した。曲げ処理工程を行う前の原料プラスチックシートの厚さは０．２０ｍｍであったのに対し、曲げ処理工程を経た後に得られたプラスチックシートの平均厚さは、０．１５ｍｍであった。

＜実施例４＞
引取ロールの回転速度を１．５６ｍ／ｍｉｎ、巻取ロールの回転速度を２．６７ｍ／ｍｉｎにそれぞれ設定した以外は実施例１と同様にしてシートを作成した。曲げ処理工程を行う前の原料プラスチックシートの厚さは０．１８ｍｍであったのに対し、曲げ処理工程を経た後に得られたプラスチックシートの平均厚さは、０．１３ｍｍであった。

［処理後プラスチックシートの強度及び伸び評価］
上で得た処理した原料プラスチックシートから、幅１５ｍｍの短冊状の試験片を切り出し、１０００Ｎのロードセルを取り付けた引張試験機（（株）Ａ＆Ｄ製）を用い、２５℃又は９５℃において、引張速度５００ｍｍ／分、チャック間距離１００ｍｍの条件で引張試験を行い、フィルム破断時における強度及び伸張率を測定した。その結果を、それぞれ引張強度及び伸長率として表１に示す。

フィラーを高充填した原料プラスチックシートは引張強度及び伸張率（破断にいたるまでの伸び）が小さく、通常であれば比較例１、２のように、引張り応力が加えられると直ちに破断する。そのため、シートをそのまま使用しようとしても用途が限られ、また、延伸加工も難しい。

引張試験結果をみると、２５℃での測定結果は、曲げ処理を行う事により引張強度も伸長率も著しく向上しており、９５℃での測定結果は、曲げ処理を行うことにより高温度（９５℃）における伸長率が著しく向上することがわかる。すなわち、フィラー高充填シートは、曲げ処理を行うことにより、常温での強度及び伸び（伸長率）が著しく向上し、また９５℃付近で行なう延伸処理に容易に対応できるようになり、比重を下げやすくなると考えられる。

＜比較例３〜６＞
Ｔダイを備え付けた小型二軸混練押出成形機（テクノベル社製）を用いて、高密度ポリエチレン樹脂と炭酸カルシウム粉末とを、質量比を変えて配合し、更に、マグネシウムステアレートを両原料に対し３質量％となるように添加して、設定温度２２０℃で混練し、同時に原料プラスチックシートを押出成形する直接法成形を行った。表２に示した条件で、ダイス出口から成形シートを一旦引取ロールに引き取り後、直ちに巻取ロールに巻き取り、厚さが平均０．２０ｍｍのプラスチックシートを得た。

＜実施例５〜８＞
前記、小型二軸混練押出成形機の引取ロールと、巻取ロールの間の２箇所に、図３に示すように、方形の固体物体を備えて裏面及び表面に対する曲げ処理のパートを設けた。この設備を使用し、表２に示した条件に引取ロール及び巻取ロールの回転速度を設定してシートを作成した以外は比較例３と同様にしてシートを作成した。ここで、固体物体の角部の角度は９０°である。

［処理後プラスチックシートの強度及び伸び評価］
上で得たプラスチックシートから試験片を切り出し、前記と同条件で引張試験を行い、２５℃におけるフィルム破断時における強度及び伸張率を測定した。その結果を、それぞれ引張強度及び伸長率として表２に示す。

注）ＰＥはポリエチレンの略称

これらの結果から、本発明の曲げ処理を行うことにより、フィラーを高充填したプラスチックシートであっても強度及び伸張率を向上させることができ、更に、このシートを延伸加工する場合に延伸倍率を様々なレベルに設定できることが明らかとなった。

１、１Ａ 固形物体
１１ 原料プラスチックシート
１２ 固形物体

Claims (6)

1. フィラーを５０質量％以上８５質量％以下含有する原料プラスチックシートを、流れ方向に移動させる途中、固形物体表面に押し付けるように接触させ、その当接部分においてシートが折り曲げられるような状態にし、シート内部に作用する応力を発生させて原料プラスチックシートを処理する曲げ処理工程を有し、
   前記原料プラスチックシートの製造と、前記曲げ処理工程とが連続的に行われる、
   プラスチックシートの製造方法。
2. 前記曲げ工程が、前記原料プラスチックシートを流れ方向に引張ってシート内部に引張応力が与えられた状態にあるまま固形物体表面に押し付ける様に接触させ、その当接部分において、シートの厚さ方向の垂直応力を与え、シート内部に応力を発生させて処理する請求項１に記載のプラスチックシートの製造方法。
3. 前記当接部分が、前記流れ方向に対し平行断面視して、角度６度以上１２０度以下の角部を有する、請求項１又は２に記載のプラスチックシートの製造方法。
4. 前記当接部分が、前記流れ方向に対し平行断面視して、曲率半径５０ｍｍ以下のＲ部を有する、請求項１又は２に記載のプラスチックシートの製造方法。
5. 前記原料プラスチックシートの平均厚さが５０μｍ以上４００μｍ以下である、請求項１〜４いずれか１項に記載のプラスチックシートの製造方法。
6. フィラーを５０質量％以上８５質量％以下含有する原料プラスチックシートを、流れ方向に移動させる途中、固形物体表面に押し付けるように接触させ、その当接部分においてシートが折り曲げられるような状態にし、シート内部に作用する応力を発生させて原料プラスチックシートを処理する曲げ処理工程を有し、
   前記曲げ処理工程を経た前記原料プラスチックシートを、その流れ方向もしくは／及び垂直方向に延伸する延伸工程を有する、プラスチックシートの製造方法。
   

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