JPH10180864A - ポリオレフィン成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高倍率延伸が可能で、高強度及び高弾性率を
有するポリオレフィン成形体を製造することができる。 【解決手段】 高密度ポリエチレンなどの高密度ポリオ
レフィンをその融点より４０℃以上高い温度で溶融さ
せ、溶融樹脂溜まり４ａが形成されるように溶融樹脂４
をロール１，２間に供給して冷却固化し、シート状物５
を成形することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度及び高弾性
率を有するポリオレフィン成形体の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ポリオレフィン成形体に高強度及び高弾
性率を付与する方法としては、延伸配向させる方法が知
られている。特公昭６０−３９５４２号公報には、高密
度ポリオレフィンを１〜７倍に圧延した後、引張延伸に
より同じ方向に伸長して、圧延前の原反の長さの８〜１
６倍とすることにより、高強度及び高弾性率を有する結
束用テープを得る方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された方法では、例えば２０倍以上の高倍率延
伸を行うと、シートまたはテープが引張延伸の工程にお
いて切断してしまうという問題があった。従って、この
ような従来の方法では、高倍率延伸を行うことができ
ず、より高い強度及び高い弾性率を付与することができ
なかった。

【０００４】本発明の目的は、高倍率延伸が可能で、高
強度及び高弾性率を有するポリオレフィン成形体を製造
することができる方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載のように、高密度ポリオレフィンをその融点より４０
℃以上高い温度で溶融させ、該溶融樹脂を流動させなが
ら冷却固化してシートまたはフィルムに成形する工程
と、シートまたはフィルムを延伸する工程とを備えるポ
リオレフィン成形体の製造方法である。

【０００６】本発明において、溶融樹脂を流動させなが
ら冷却固化する工程として、具体的には、請求項２に記
載のように、溶融樹脂溜まりが形成されるように溶融樹
脂をロール間に供給して冷却固化し、シートまたはフィ
ルムに成形する工程が挙げられる。

【０００７】本発明において、好ましくは、請求項３に
記載のように、延伸工程の前に、シートまたはフィルム
を圧延する工程をさらに備える。本発明で用いられる高
密度ポリオレフィン樹脂は、高結晶性であれば特に限定
されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、
１−ブテン、及び１−ペンテン等の単独重合体や、例え
ば、酢酸ビニル、ビニルアルコール、塩化ビニル、及び
アクリル酸等のビニル系単量体などの共重合成分が１０
重量％以下である共重合体などを用いることができる。
本発明においては、上記樹脂の中でも、高密度ポリエチ
レン樹脂が特に好適に用いられる。高密度ポリエチレン
を樹脂を用いる場合は、その密度は０．９４ｇ／ｃｍ³
以上のものが好ましい。密度が小さいと、延伸を行って
も強度及び弾性率の向上があまり望めないからである。
また、メルトインデックス（ＭＩ）は、０．１〜２０、
より好適には０．１〜１０が好ましい。メルトインデッ
クスが０．１より小さいと、押出混練の際に負担がかか
り、また２０より大きくなると成形が困難になる場合が
ある。

【０００８】本発明においては、上記ポリエチレン樹脂
を単独で使用してもよいし、その他のポリオレフィン系
樹脂、例えばポリプロピレン、低密度ポリエチレン、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビ
ニルアルコール等を混合して用いてもよい。このような
場合、その他の樹脂は、好ましくは１０重量％以下の割
合で用いられる。

【０００９】本発明においては、高密度ポリオレフィン
をその融点より４０℃以上、より好ましくは、１００℃
以上高い温度で溶融させる。溶融温度が４０℃未満であ
ると、高倍率延伸が困難になり、高強度及び高弾性率が
得られない。また、溶融温度があまりに高いと、高密度
ポリオレフィン樹脂が分解し、変色等が発生したり、分
子量低下による強度低下等を招くおそれがある。従っ
て、溶融温度は実質的に３００℃以下で行うことが好ま
しい。

【００１０】本発明においては、このような溶融樹脂を
流動させながら冷却固化してシートまたはフィルムに成
形する。本発明において、溶融樹脂を流動させながら冷
却固化する方法は、溶融樹脂を流動させながら結晶化す
ることができる方法であれば特に限定されるものではな
いが、好ましくは、請求項２に記載のように、溶融樹脂
溜まり（バンク）が形成されるように溶融樹脂をロール
間に供給して冷却固化する方法を挙げることができる。
より具体的には、ロール成形機やカレンダ成形機等を用
い、溶融樹脂をロール間に供給し、バンクが形成される
ようにしながらロール間に溶融樹脂を通し、シートまた
はフィルム状に成形する。ここで「バンク」とは、ロー
ル間隙に食い込まないで、ロールの入口のところに滞留
している細長いロール状の溶融樹脂のことを意味してい
る。

【００１１】図１は、カレンダ成形ロールに溶融樹脂を
供給し、溶融樹脂溜まりが形成されるようにロール間に
溶融樹脂を通して冷却固化しシート状に成形する工程を
説明するための概略図である。図１に示すように、互い
に逆方向に回転する一対のロール１，２間に、例えば押
出機等より押出された溶融樹脂４を供給する。ロール
１，２間に供給された溶融樹脂４は、ロール１，２の回
転方向に沿ってロール間を通りながら冷却固化される。
このとき、ロール１，２の入口のところに、溶融樹脂溜
まり（バンク）４ａが形成されるように溶融樹脂４を供
給する。本具体例では、ロール２に隣接してさらにロー
ル３が設けられており、ロール３はロール２と逆方向に
回転している。ロール１，２を通り冷却された樹脂は、
さらにロール２，３間を通りさらに冷却固化されシート
状物５として送り出される。このシート状物５は、巻取
機等に供給され巻き取られる。

【００１２】上述のように、本発明では溶融樹脂溜まり
（バンク）４ａが形成されるようにロール１，２間に溶
融樹脂４を供給している。溶融樹脂溜まり（バンク）４
ａでは、ロール１の回転により溶融樹脂が流動してお
り、その後、ロール１，２間を通り冷却固化される。こ
のため、冷却固化して得られるシート状物５の延伸性が
高められ、より高い倍率で延伸することが可能になる。

【００１３】なお、本発明においては、上述のように溶
融樹脂溜まり（バンク）が形成されるように溶融樹脂を
ロール間に供給するが、この溶融樹脂溜まり（バンク）
量があまりに多すぎると、バンク内に入り込んだ気泡等
が抜けにくくなり、後の延伸工程等において成形体が切
断してしまうおそれがあるので、バンクの量が適当な量
となるように調整することが好ましい。

【００１４】本発明において用いる高密度ポリオレフィ
ン樹脂としては、上述のように、高密度高分子量ポリエ
チレンが好ましい。このような高密度高分子量ポリエチ
レンを用いることにより、低分子量ポリエチレンと比較
して、強度及び弾性率等の機械的物性をさらに高めるこ
とができる。高分子量ポリエチレンを用いる場合、その
重量平均分子量は２×１０⁵ 以上であることが好まし
い。２×１０⁵ 未満であると、延伸により分子鎖が配向
した場合にも、強度及び弾性率があまり向上しない場合
がある。また、分子量をあまりに大きくしすぎると、超
高分子量ポリエチレンに代表されるように、溶融成形が
不可能となる。従って、重量平均分子量は実質的に５×
１０⁵ 以下が好ましい。

【００１５】本発明においては、上記のようにして得ら
れたシートまたはフィルムを延伸させる。延伸方法につ
いては特に限定されず、通常のロール延伸法やゾーン延
伸法を用いることができる。本発明によれば、上述のよ
うに得られるシートまたはフィルムの延伸性が高められ
ている。このことは、分子鎖の絡みが少なく、また分子
鎖のモルフォロジーが整っているためと推定される。こ
のため、特別な装置を必要とせず、高い延伸倍率で延伸
することができる。従って、延伸倍率の制御が容易で、
かつ生産性の高いロール延伸法が好適に用いられる。そ
の際の成形体の加熱方法は、熱風加熱、熱水加熱、赤外
線加熱、マイクロ波加熱等が用いられるが、その中でも
装置が簡便で温度制御も容易な熱風加熱が好適に用いら
れる。

【００１６】本発明において、延伸工程における延伸回
数は、特に限定されるものではないが、低い延伸倍率の
延伸を複数回行う多段延伸法が延伸切れも少なく、安定
して延伸が可能であるので好ましい。しかしながら、延
伸回数を多くしすぎると、安定性が増大し延伸倍率が大
きくなるものの、装置が大きくなる。従って、延伸回数
は、実質的に５回以下が好ましい。

【００１７】また、延伸温度は、７０℃から、使用する
高密度ポリエチレンなどの高密度ポリオレフィンの融点
までの範囲が好ましく、より好ましくは８０℃以上で、
使用する高密度ポリエチレンなどの高密度ポリオレフィ
ンの融点から１０℃低い温度以下の範囲である。なお、
ここでの融点は、示差走査型熱量測定機（ＤＳＣ）等の
熱分析により測定される、結晶融解に伴う吸熱ピークの
最大点を意味している。７０℃未満で延伸させると、延
伸に大きな力が必要となり、高倍率に延伸させようとす
ると延伸が非常に不安定となったり、最悪の場合には、
延伸切れを起こす場合がある。

【００１８】また、高密度ポリオレフィンの融点より高
い温度で延伸を行うと、延伸による強度向上の効果があ
まり得られず、成形体が延伸切れを起こす場合がある。
また、延伸倍率は５倍以上が好ましく、より好ましくは
７倍以上である。延伸倍率が５倍未満であると、成形体
の強度及び弾性率の向上が望めない場合がある。逆に、
延伸倍率を大きくしすぎると、成形体が延伸中に切断し
易くなる傾向にある。従って、延伸倍率は通常、５０〜
６０倍以下とされる。

【００１９】本発明においては、請求項３に記載のよう
に、延伸工程の前にシートまたはフィルムを圧延する工
程を備えてもよい。特に、延伸前の成形体の厚みが厚い
場合には、延伸前にこのような圧延工程を施すことが好
ましい。この際の圧延倍率は、成形体の厚み、及び延伸
倍率などから適宜選択されるが、圧延倍率を大きくし、
圧延後の成形体の厚みを薄くしすぎると、後工程である
延伸工程の際に成形体が切断し易くなる。従って、圧延
後の成形体の厚みが１００μｍ以上となるように圧延す
ることが好ましい。

【００２０】（作用）以上のように、本発明者等の考察
によれば、分子鎖の絡みが少なく従って高倍率延伸が可
能なシートまたはフィルムを得ることができ、従ってこ
のようなシートまたはフィルムを高倍率で延伸すること
ができる。この結果、成形体の強度及び弾性率を著しく
向上することができる。

【００２１】本発明によれば、上述のように、高倍率延
伸が可能となる。この理由について、詳細は明らかでな
いが、以下のように推測される。すなわち、高温で溶融
状態の樹脂は、分子運動が活発となるため、容易に分子
鎖の絡みをほぐすことができる。その状態で溶融樹脂を
流動させながら冷却固化するので、分子鎖が解きほぐさ
れながら冷却固化される。このように、いわゆる流動結
晶化状態となるため、得られる成形体の分子鎖の絡みが
比較的少なく、また伸長結晶が比較的多い成形体となっ
ていると推測される。従って、成形体の分子鎖のモルフ
ォロジーが整っているため、高倍率延伸が可能となり、
その結果、強度及び弾性率が著しく改善された成形体を
得ることができるものと思われる。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施例１ 原反の作製 重量平均分子量３．３×１０⁵ 、融点１３５℃の高密度
ポリエチレン（三菱化学社製、グレード：ＨＹ５４０、
密度：０．９６１）を、同方向２軸混練押出機（池貝鉄
鋼社製、ＰＣＭ３０）を用いて、１８０℃の樹脂温度で
溶融させ、図１に示すような３本のロールからなるカレ
ンダ成形機に導入した。回転しているロールのロール温
度は８０℃に設定した。図１に示すように、カレンダ成
形機に溶融樹脂を導入し、幅６０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ
のテープ状に成形した。なお、初期状態において、ロー
ルをわずかの間停止させ、図１に示すようにロールの入
口にバンクを形成させた状態でロール間に溶融樹脂を導
入しテープ状に成形した。サンプルとしては、ロールの
入口にバンクを形成した後のものを用いた。

【００２３】圧延工程 １１５℃に加熱した熱ロール（（株）小平製作所製、ロ
ール直径６インチ）を用いて、圧延倍率が７倍になるよ
うに圧延した。

【００２４】延伸工程 熱風加熱式ロール延伸機を用いて、延伸倍率が１．８倍
となるように延伸した。最後に、成形体が切断しない最
大の延伸倍率で延伸を行った。延伸時の延伸温度は９５
℃とした。

【００２５】以上のようにして得られた成形体につい
て、引張強度及び引張弾性率を測定した。測定方法は以
下の通りである。 ・引張強度及び引張弾性率：引張試験機（オリエンティ
ック社製、機種：テンシロン）を用いて、ＪＩＳ Ｋ−
７１１３に準拠して行った。なお、試験片は２号ダンベ
ルを用いて作製した。

【００２６】以上のようにして測定した引張強度及び引
張弾性率を表１に示す。なお、表１には、成形条件とし
て、溶融樹脂の温度と、バンクを形成させるようにロー
ル間に溶融樹脂を供給したか否かを示した。なお、表１
に示す総延伸倍率は、圧延倍率と各延伸倍率との積であ
る。

【００２７】実施例２ 溶融時の樹脂の温度を約２５０℃とした以外は、実施例
１と同様にして成形体を作製し、評価した。

【００２８】比較例１ 溶融時の樹脂の温度を１８０℃とし、ロール入口におい
てバンクが形成されないようにして成形体を作製し、評
価した。

【００２９】比較例２ 溶融時の樹脂の温度を１７０℃とした以外は、実施例１
と同様にして成形体を作製し、評価した。

【００３０】

【表１】

【００３１】実施例１は、融点１３５℃の樹脂に対し、
４５℃高い１８０℃で溶融した樹脂を成形している。ま
た実施例２は、樹脂融点より１１５℃高くした温度で溶
融した樹脂を成形している。比較例２は、融点より３５
℃高い温度で溶融した樹脂を成形している。本発明に従
い、融点より４０℃以上高い温度で溶融した樹脂を成形
した実施例１及び２は、本発明の範囲外の比較例１に比
べ、総延伸倍率が高くなり、高い強度及び高い弾性率が
得られていることがわかる。特に、実施例２において
は、総延伸倍率が約３０倍となり、著しく延伸性が向上
しており、高強度及び高弾性率が得られている。

【００３２】比較例１は、実施例１と同じ樹脂温度で溶
融しているが、バンクが形成されないようにして成形し
ている。実施例１と比較例１の比較から明らかなよう
に、バンクを形成しないようにして成形した比較例１
は、バンクを形成するようにして成形した実施例１に比
べて、強度及び弾性率が低くなっており、バンクを形成
して成形することにより、延伸性が著しく向上し、強度
及び弾性率が著しく高められることがわかる。

【００３３】実施例３〜５ 表２に示すように、分子量の異なる高密度ポリエチレン
を用いる以外は、上記実施例２と同様にして成形体を作
製し、評価した。なお、実施例３においては、重量平均
分子量１．５×１０⁵ 、融点１３６℃の高密度ポリエチ
レン（三菱化学社製、グレード：ＨＪ５６０Ｗ、密度：
０．９６４）を用い、実施例４においては、重量平均分
子量２．２×１０⁵ 、融点１３２℃の高密度ポリエチレ
ン（三井石油化学社製、グレード：５０００ＳＲ、密
度：０．９５８）を用いた。

【００３４】比較例３〜５ 表２に示すように、樹脂温度を１８０℃とし、ロール入
口にバンクを形成しないようにして成形体を作製する以
外は、上記実施例３〜５と同様にして成形体を作製し、
評価した。なお、使用した高密度ポリエチレンは、比較
例３は実施例３と、比較例４は実施例４と、比較例５は
実施例５と同様のものを用いた。

【００３５】

【表２】

【００３６】実施例３〜５内の比較から明らかなよう
に、重量平均分子量の大きい高密度ポリエチレンを用い
た実施例４及び実施例５は、実施例３に比べ高い強度及
び弾性率を示す成形体が得られている。また、実施例３
〜５と比較例３〜５との比較から明らかなように、本発
明に従い、樹脂の溶融温度を樹脂の融点よりも４０℃以
上高くし、ロール入口にバンクを形成し流動させながら
冷却固化することにより、延伸性が高められ、より高い
強度及び弾性率の成形体が得られることがわかる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高倍率
延伸が可能で、高強度及び高弾性率を有するポリオレフ
ィン成形体を効率よく製造することができる。

【００３８】特に、請求項２に記載の発明によれば、溶
融樹脂を流動させながら冷却固化する工程を、より簡易
な設備で効率よく製造することができる。また、請求項
３に記載の発明によれば、延伸工程前に圧延工程を備え
ることにより、より効率よく延伸工程を行うことができ
る。

【００３９】また、請求項４に記載の発明によれば、よ
り高強度及び高弾性率を有するポリオレフィン成形体を
効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カレンダ成形ロールに溶融樹脂を供給し、溶融
樹脂溜まりが形成されるようにロール間に溶融樹脂を通
して冷却固化しシート状に成形する工程を説明するため
の概略図。

【符号の説明】

１，２，３…ロール ４…溶融樹脂 ４ａ…溶融樹脂溜まり（バンク） ５…シート状物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高密度ポリオレフィンをその融点より４
   ０℃以上高い温度で溶融させ、該溶融樹脂を流動させな
   がら冷却固化してシートまたはフィルムに成形する工程
   と、 前記シートまたはフィルムを延伸する工程とを備えるポ
   リオレフィン成形体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記溶融樹脂を流動させながら冷却固化
   する工程が、溶融樹脂溜まりが形成されるように前記溶
   融樹脂をロール間に供給して冷却固化する工程である請
   求項１に記載のポリオレフィン成形体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記延伸工程の前に、前記シートまたは
   フィルムを圧延する工程をさらに備える請求項１または
   ２に記載のポリオレフィン成形体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記高密度ポリオレフィンが高分子量ポ
   リオレフィンである請求項１〜３のいずれか１項に記載
   のポリオレフィン成形体の製造方法。