JPS5852822B2 - 二軸延伸ポリビニルアルコ−ルフイルムの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は含水ポリビニルアルコールを％定（７）条件下
にインフレーション底形して製膜と同時に縦横方向の配
向を行ない、ついで該フィルムをインフレーション法に
より同時二輪延伸する方法に関するものであり、これに
よって厚みムラが少なく、フィルムの物性が良好でかつ
縦横方向のバランスがとれ、肌荒れや曇り肌のない二輪
延伸フィルムを得ることを目的とするものである。

ポリビニルアルコールはポリエチレン、ポリプロピレン
、ポリエステル、ナイロンなど一般の熱可塑性樹脂に比
して二軸延伸が極めて困難である。

文献的にはポリビニルアルコールの二軸延伸についてい
くつかの報告がなされているが、工業的には配向の均一
性を得るのがむづかしくかつ延伸操作の不安定さなどの
問題点があって未だ実用化の段階には至っていない。

ところで一般に二軸延伸法はテンタ一方式とインフレー
ション方式に大別され、後者のインフレーション方式は
耳端部のロスがないこと、装置がコンパクトになって占
有面積が小さくかつ装置コストが低いことなどの点でテ
ンタ一方式に比べれば有利である。

ポリビニルアルコールに関してもかかるインフレーショ
ン方式二軸延伸についての報告があるがその数は少なく
、たとえば特開昭５０−８３４８３号公報に溶融状態の
含水ポリビニルアルコールを環状グイからほぼ同径に押
出して原反チューブを製造し、これをインフレーション
方式で加熱膨張することにより同時二軸延伸を行なう方
法が示されているのみで、そのほかは特公昭４０−９１
０号、特公昭４０−１４８６０号、特公昭４３−１６８
７９号各公報にチューブ内に円筒閉止又は袋体を内設し
てインフレーション方式二軸延伸を行なうという特殊な
方法を採用するにあたり、原料熱可塑性樹脂としてポリ
ビニルアルコールも使うことができる可能性があるとい
う程度の記載があるにとどまっている。

結局ポリビニルアルコールのインフレーヨン方式二軸延
伸の従来技術としては、先に述べた如く、基本的には溶
融状態の含水ポリビニルアルコールを環状ダイからこれ
とほぼ同径に押出して原反チューブを製造し、これをイ
ンフレーション方式で加熱膨張して二軸延伸すること、
及びそれを実施するための具体的条件が報告されている
にとどまるものであり、しかもこの方法によっては工程
の安定性、得られる二軸延伸フィルムの厚みムラ、縦横
の物性バランス、表面状態などの点でなお不満が残り、
工業的生産方法として採用するにはなお問題があるもの
と考えられる。

しかるに本発明者らは長年にわたるポリビニルアルコー
ル成形技術の蓄積をもとにポリビニルアルコールの二軸
延伸につき鋭意研究を重ねた結果、二軸延伸の操作条件
の選択もさることながら、延伸に供する原反（原料フィ
ルム）の製造条件が二軸延伸の操作性、さらには製品フ
ィルムの性能に重要な影響を及ぼすことにはじめて着目
して、その製膜時に特定の方法によって配向を与えたフ
ィルムを用いるときは、前記の如き従来の難点を解決し
、安定延伸が可能でかつすぐれた性能を有する二軸延伸
フィルムを得るという課題を遂に遠戚しうることを見出
した。

即ち本発明は 含水率３５〜５５％のポリビニルアルコールを押出機に
供給して溶融混練し、スリット径ｌの環状ダイより線速
■１でチューブ状に押出し、速度ｖ２で引取る第１工程
（原反製造工程）、ついで加熱下に前記チューブをイン
フレーション法により縦、横同時に各１．５倍以上に延
伸する第２工程（延伸工程） との結合によって二軸延伸ポリビニルアルコールフィル
ムを製造する際に、前記第１工程において、（１）
チューブ内に気体を吹込んで該チューブ径をＬにまで膨
張させで、膨張率Ｌ／ｌを１．４〜５．０の範囲に調節
すること、 （２） ト’ラフト率Ｖ２／ｖ１を０．８〜５゜０の
範囲に調節すること、 （３）かつドラフト率／膨張率を０．２〜１．５の範囲
に調節すること、 （４）すらにチューブのフロストラインにおける曲率Ｒ
を３〜３０ＣｒｒＬの範囲に調節すること、及び（５）
乾燥後の原反の含水率を５〜２０％に調節すること を特徴とするものである。

かかる第１工程を経て得られる原反フィルムはその一次
配向過程での均一性が犬であるため第２工程（延伸工程
）でチューブの破れ等のトラブルが全く起らす安定操業
が可能である。

即ちテンク一方式においては延伸中におけるフィルムの
破れは耳端部までには及ぶことは余りないので、たとえ
延伸中に破れを生じても巻取後その部分だけカットすれ
ば大きなロスは生じないのであるが、インフレーション
方式においてに延伸中のチューブの破れは定常状態にま
で回復するのに多大の時間を要し、その間のロスは工業
生産に際し致命的と言えるほど大きいのである。

従って本発明の方法により延伸中におけるチューブの破
れが起らなくなったことは工業上極めて大きな意味を持
つのである。

加えて本発明において第１工程及び第２工程を経て得ら
れる二軸延伸フィルムは厚みムラが極めて小さく、物性
バランスがよくとれておりかつ表面状態も好ましいもの
であって、品質的にも非常にすぐれているという特長を
有する。

ところで本発明においては第１工程が重要であることは
先に述べた通りであるが、この第１工程においては単に
製膜時にチューブをある程度に膨張すればよいのではな
い。

即ち本発明者らは環状ダイから溶融樹脂を押出すに際し
ダイスリット径ｌとほぼ同じ径に押出すよりもある程度
以上膨張させた方が良い結果を与えるという傾向を見出
し、当初この点に着目して研究を行なっていた結果、膨
張率Ｌ／ｌは比較的大きく、一方縦方向の倍率であるド
ラフト率Ｖ ２ ／ Ｖ ｔは比較的小さく設定し、し
かもドラフト率／膨張率の比をある範囲内から選ぶとい
う条件、具体的（こは膨張率Ｌ／ｌを１．４〜５．０、
トラフト率を０．８〜５０、なかんづ＜０．８〜２．７
、ドラフト率／膨張率を０．２〜１．５と設定した条件
下においては（なおかかる条件はポリエチレンなど一般
の熱可塑性樹脂のインフレーション製膜条件とはかなり
異なる上、従来公知のポリビニルアルコールインフレー
ションチューブ製造の条件とも相違するものである。

）、膨張を特に行なわないで環状ダイスリット径とほぼ
同径に押出したり、ドラフト率を常法の如く高目に設定
した場合よりも一般に好結果が得られることを知つたの
である。

しかしながら実験を多数積み重ねて検討したところ、上
記特定の条件下においても非常に良い結果が得られる場
合とそれほどでもない場合とがあることに気・かついた
のである。

本発明者らはポリビニルアルコールのインフレーション
方式同時二軸延伸に供する原反を得るにあたり、上記諸
条件のほかに未知の要因があるのではないかと考え、多
数の実験を続けた結果、次に述べる事実を見出した。

即ち同じ膨張率Ｌ／ｌ、同じドラフト率ｖ２／■１、及
び同じドラフト率／膨張率であっても第１図に示す如く
チューブ膨張時のフロストラインにおけるチューブの曲
率Ｒはブロ一部の条件によって種々の値をとりうろこと
、そして後のインフレーション式二軸延伸にとって特に
良い結果を与えるのは第１図Ａ路の如くＲが小さい場合
であるという事実である。

そしてその後の詳細な実験により具体的にはＲが３〜３
０のときに最良の結果が得られることを見出した。

以下本発明の方法を詳細に説明する。

本発明において使用されるポリビニルアルコールとして
は種々の重合度、ケン化度のものが使用可能であり、特
に重合度約７００〜２２００、ケン化度９７モル％以上
のものが好適である。

そのほかエチレン、プロピレンなどのオレフィン、クロ
トン酸、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸などの
不飽和カルボン酸或いはこれらのアルキルエステル、ア
クリルアミドなどで少量変性したポリビニルアルコール
も用いることができる。

ポリビニルアルコールは含水粉末或いは含水ペレットの
形で環状ダイを備えた押出機に供給される。

含水率は３５〜５５％（湿量基準）の範囲内から選択さ
れ、含水率がこの範囲より少ないと樹脂の溶融不良によ
りフィルム肌が荒れる上、その後の延伸により得られる
二輪延伸フィルムの物性が余り良くなく、一方含水率が
この範囲より多いと膜強度が低下し安定した製膜がむづ
かしくなる。

なおポリビニルアルコールには上記の量の水のほか可塑
剤や少量の界面活性剤を配合してもよい。

押出機内での溶融混線温度は８０〜１４０℃程度が適当
であり、余りに低い温度はフィルム肌の不良を招き、余
りに高い温度は発泡現象を招く。

環状ダイスリットから押出された溶融樹脂はチューブを
形成するが、該チューブ内には気体（通常は空気）を吹
込むことによりチューブの膨張及び乾燥が行なわれる。

第２図により説明すると、環状ダイ１を貫通して設けた
気体吹込口２と気体排出口３からそれぞれ気体の吹込及
び排出を行ない、その際チューブ内圧を外圧より１０〜
８０ｍ１Ｈ２０程度高くしてチューブの膨張を行なうの
である。

なお場合によっては気体吹込口と気体排出口を逆にして
内管から気体を吹込み、もう一方から気体を排出する如
くしてもよい。

特に第２図に示す如く内管の先端部付近に水平に円板４
を設け、これをフロストライン付近の適正な高さに位置
させることにより安定した製膜が可能になると共に、フ
ロストラインの位置の決定及び曲率Ｒの調節に好都合で
ある。

さらに環状ダイに三重管を挿入し、最内管から粘着防止
用粉体を気体と共に導入し、他の２管を気体導入管及び
排出管とする態様もある。

もつとも以上述べたダイ構造はあくマチ一つの態様であ
り、インフレーション製膜装置であれば他の変形態様で
あっても使用しうる。

なおチューブ内に吹込む気体は加熱気体であってもよく
、室温程度の温度の気体であってもよい。

一方チューブ外面には、ダイとフロストライン付近との
間に設置したニアリングより熱風を吹付け、さらには乾
燥筒或いはこれに代わる乾燥装置によりフィルム外面か
らの乾燥を行なうのが通例である。

乾燥により含水率が５〜２０％にまで減じられたチュー
ブはピンチロール５により一定速度で引取られ、扁平に
折りたたまれる。

ところで前にも述べた如くフィルムの膨張率Ｌ／ｌ （
ただしＬは膨張後のチューブ径、ｌはダイスリット径）
は１．４〜５，０の範囲内から選ばれ、これよりＬ／ｌ
が小さいと延伸フィルムの厚みムラ、横じまや曇り肌の
発生、表面荒れの点で所期の品質のものが得られず、又
延伸操作を長時間安定に保ちがたく、これよりＬ／ｌが
太きいと縦横方向の物性に無視できない差が生ずるよう
になる。

又ドラフト率ｖ２／ｖ１（ただしｖｌはダイスリットか
ら溶融樹脂が吐出されるときの線速、■２はピンチロー
ル５による膨張フィルムの引取速度）は０．８〜５．０
の範囲から選ばれ、この範囲をはすれると安定した製膜
が困難となる上、物性バランスが不適当となる。

なおこの範囲内では０．８〜２．７というドラフト率の
小さい範囲が特に良い結果を与えることがわかった。

次に膨張率とドラフト率は上記範囲にあるだけでなく、
ドラフト率／膨張率の比が０，２〜１．５の範囲に入ら
ねばならず、この比が小さすぎるときも太きすぎるとき
も次の二軸延伸工程に悪影響を及ぼし、その結果得られ
る延伸フィルムの品質が低下するようになる。

加えて上記条件を満足するだけでなくチューブ膨張時の
フロストラインにおけるチューブの曲率Ｒは３〜３０Ｃ
ｒｒＬの範囲になければならないことは前に詳述したと
おりであり、この値が３０ＣｒｒＬを越えると所期の品
質の延伸フィルムを得ることができない。

なおこの値を３ＣｒＩＬ未満とすることば製膜操作上安
定製膜がむづかしいので避けるべきである。

以上の操作によりフィルム含水率は当初の３５〜５５％
から５〜２０％にまで減少させる。

この段階でフィルム含水率が５％未満では延伸倍率を充
分に高めることができす、含水率が２０％を越えるとき
も同様に次の延伸工程において縦横の延伸倍率を充分に
高めることができなくなる。

以上の第１工程により得られるフィルムはＸ線回折での
観察、測定によれば配向を受けていることが確認でき、
このことが次の延伸工程で最良の結果をもたらすものと
考えられる。

次に第２工程の説明に移る。

前記第１工程で得られた含水率５〜２０％のフィル、ム
を延伸装置にまで移送し、ここで上下に位置した２対の
ニップロール間を走行させ、両ニップロール間にて加熱
を行なうと共にチューブ内に封入又は導入した気体（通
常は空気）により折りたたまれたチューブの膨張と延伸
を行なう。

第２図に示す如く供給側ニップロール６より進行したフ
ィルムは元の径まで膨張し、予熱を受けた後延伸帯域に
て所望の倍率に延伸される。

進行方向の延伸は供給側ニップロール６と引取側ニップ
ロール７の周速の差によってコントロールする。

フィルムの加熱は赤外ヒーター、熱風、電熱、その他任
意の手段によって行なう。

気体は延伸開始時にどちらかのニップロール間から導入
してチューブ内に封入し、以後延伸操作中は気体を補給
することのない封入方式も採用しうるが、この場合は巻
取時にフィルムが封入気体を少しずつまき込んでチュー
ブ内の圧力が減するために長時間の安定延伸が困難であ
ること、揮発水分がチューブ内に除徐に蓄積して延伸条
件の不安定の問題を生ずることがあることなどの難点が
あるので、第２図に示した如く引取側ニップロール７を
溝付きニップロールとし、その溝の間から気体吹込管８
を適当な深さまで挿入し、ここから気体を連続的に導入
すると共に該吹込管８とニップロール７の溝との間隙か
ら気体を連続的に排出する方法が特に良い結果を与える
。

この方法においては安定延伸、蓄積水分の除去というメ
リットのほか、チューブ内に導入する気体の温度を任意
に選びうるというメリットもある。

なおこの方式の場合は引取側ニップロールで引取った後
の折りたたまれたチューブは巻取りのために切り裂きを
行なう。

加熱によるフィルム温度は原反の含水率、ポリビニルア
ルコールの種類等に応じ、予熱域テロ０〜１０００Ｃ程
度、延伸域で８０〜１４０℃程度とするのが適当である
。

気体の連続的導入−排出方式を採用した場合、吹込む気
体の温度は室温ないし１２０℃程度が適当である。

ところでこの本延伸工程においてはフィルムの縦方向の
延伸倍率を１．５倍以上、横方向の延伸倍率も１．５倍
以上に設定することが要求される。

どちらか一方でも倍率が１．５倍未満になるときは得ら
れるフィルムの諸物性が劣り、所期の目的を達しえない
からである。

そして特に縦横共合２〜４．５倍に延伸することが望ま
しく、本発明の方法によれば延伸倍率をかなり高めても
パンク、その他のトラブルが生じがたく安定操業が可能
であり、この点も本発明の特長の一つとなっている。

延伸終了後のフィルムはそのままでは耐水性が必すしも
充分ではなく、又放置により収縮してしわになることが
あるので、通常はさらに熱固定を行なう。

熱固定はテンタ一式熱固定装置、熱ロール式熱固定装置
、円筒状熱固定装置など任意の装置を用いて行なわれ、
その際の熱固定温度条件は約１６０〜２３０℃程度とし
、この温度で数秒ないし数分処理を行なうのが通例であ
る。

以上述べた方法により厚さムラが極めて小さく、縦横方
向の物性バランスにすぐれ、強度の絶対値も大きく、透
明で、酸素遮断性の大きいフィルムを得ることができる
。

かくして得られた延伸フィルムはそのままで、或いはそ
の表面に他の樹脂をコーティングし、或いは他の樹脂と
ラミネートして、食品包装用をはじめ種々の用途に使用
することができる。

次に実施例をあげて本発明の方法をさらに説明する。

以下「部」、「％」とあるのは特にことわりのない限り
重量を基準としたものである。

なお 引張強度、伸度は ＡＳＴＭ−Ｄ−８８２（２０℃、６５％ＲＨ）引裂強度
は ＡＳＴＭ−Ｄ−１９２２（２０℃、６５％ＲＨ）酸素透
過度は ＡＳＴＭ−Ｄ−１４３４（２０’Ｃ１０％ＲＨ）に準じ
、０内の温度条件下に測定した値である。

実施例 １ 第２図に示した装置を用いてポリビニルアルコールの製
膜及び延伸を行なった。

第１工程（製膜） 原 料 樹 脂 含水率４７％のポリビニルアルコー
ル（重合度１６００、 ケン化度９９．５モル％）の ペレット 使用押出機 環状ダイを備えた６５ｍｍ押出機 ダイスリット径１ １００關 スリットクリアランス Ｑ、５ｍｍｍｍ溶融部線
温１１５℃ 押出樹脂線速ｖ１４５０ｃｒｎ／ｓ＝ 外面吹付熱風温度 １５５℃ 内面吹込空気温度 ２５°Ｃ 内 圧 ６０關Ｈ２０（外圧との差）
円板径 ２５０關 チューブ゛の曲率Ｒ８ＣＩｆＬ（フロストラインにおけ
る） 引取速度■２５００ｃｒｆＬ／Ｒｉｎ 上記条件でのインフレーション式押出成形により下記の
如きフィルムを得た。

チューブ径Ｌ ２８７ｍｍ（折中４５０ｍｍ）膜
厚 １５０μ 含水率 １４．５％ フィルム外観 横じま、曇り肌共に見られずフィルム
表面状態 肌荒れなし なお 膨張車Ｌ／１ ２．８７ ドラフト率Ｖ２／ｖｔ １．１１ドラフト率／
膨張率 ０．３９ 次に上記第１工程で得られたフィルムを第２工程の延伸
装置にまで移送して下記条件で同時二軸延伸を行なった
。

第２工程（延伸） 供給側ニップロール速度 ５ ｍ ／ｒｕｉｎ引取
側溝付ニップロール速度 １５ ｍ ／ｍｉｎ予熱
部 赤外ランプ加熱 延伸部ニアリンク熱風吹付け １４０°Ｃ予熱部フィ
ルム温度 ９２°Ｃ延伸部フィルム温度
１２５℃ チューブ内吹込空気温度 ｓｏ’ｃ 内 圧 １５０＋＋筑Ｈ２０
（外圧との差） チューブ内吹込空気速度 ０．５７ｒｊ’／ｖｒｉｎ
上記条件での同時二軸延伸により下記の如きフィルムを
得た。

なお１５時間にわたる連続延伸でパンクは一度も見られ
なかった。

延伸チューブ径 １３５０ｃｍ 膜 厚 １６μ 膜厚精度 ５％ 含水率 １．０％ 延伸倍率縦 ３倍 横 ３倍 引張強度縦 １８６０ｋｇ／謙 横 １８９０に９／ｃｒＡ 伸 度縦 ４０％ 横 ３５％ 引裂強度縦 １．５ｋｇ／ＣＩｒＬ 横 １．４ ｋｇ／ｃｒｆＬフィルム表面
状態 透明・光沢良好酸素透過度 （２０℃、０％ＲＨ） ０．７ ＣＣ／ｒｎ： ・２
４ ｈｒ−ａｔｍ熱固定工程 次にこの延伸フィルムをクリンプ下温度１９５°Ｃで１
分間熱固定を行なった結果、溶解温度は次の第１表の通
りであった。

原反及び延伸フィルムについての結果も合せて示す。

実施例２〜７、対照例１〜８ 第１工程においてＬ／ｌ、ｖ２／Ｖ１．Ｒを種々変更し
たほかはほぼ実施例１と同様の条件で同一の装置を用い
て製膜及びつづく同時二軸延伸を行なった。

結果を第２表に示す。なお本発明に規定する範囲をはす
れた場合についても対照例として示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製膜工程におけるフィルムの進路を示
した説明図であり、第２図は本発明の実施例の１例を示
した説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 含水率３５〜５５％のポリビニルアルコールを押
   出機に供給して溶融混練し、スリット径ｌの環状グイよ
   り線速■１でチューブ状に押出し、乾燥し、速度Ｖ２で
   引取る第１工程（原反製造工程）、ついで加熱下に前記
   チューブを気体圧により膨張させて縦、横同時に各１．
   ５倍以上に延伸する第２工程（延伸工程）との結合によ
   って二軸延伸ポリビニルアルコールフィルムを製造する
   際に、前記第１工程において、 （１）チューブ内に気体を吹込んで該チューブの径をＬ
   にまで膨張させて、膨張率Ｌ／ｌを１，４〜５．０の範
   囲に調節すること、 （２） ドラフト率■２／ｖ１を０．８〜５．０の範
   囲に調節すること、 （３）かつドラフト率／膨張率を０．２〜１．５の範囲
   に調節すること、 （４）チューブのフロストラインにおける曲率Ｒを３〜
   ３０ｃＩＩＬの範囲に調節すること、及び（５）乾燥後
   の原反の含水率を５〜２０％に調節すること、 を特徴とする二軸延伸ポリビニルアルコールフィルムの
   製造法。