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JP3554570B2 - 結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムの製造方法 - Google Patents

結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムの製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、食品などの包装用，ファィルなどの文具用，各種パッケージ用ケース，各種の工業用途などに好適な結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶性熱可塑性樹脂シートまたはフイルムは耐熱性、物理性諸強度、耐薬品性、ヒンジ特性などに優れるため広く使用されている。
しかし、透明性、表面平滑性などの優れたシート又はフイルムの製造と、そのシート又はフイルムを高速で生産できる技術はまだ慣性されてなく、業界ではその技術開発を競って続けている。
前記結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムの製造方法としてエアーナイフ法、ポリシングローラ法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エアーナイフ法は膜状の溶融樹脂をノズルから吹き出すエアー圧でキャストドラムに圧着させてシート又はフイルムを製造するため、エアーを吹き付けるシート面の厚み変動ができ平滑性の維持ができなく、またシート又はフイルムの片面はエアーで冷却されるため急冷が出来ない。この結果として表面平滑性，厚み精度などの優れたシート又はフイルムができない欠点がある。このエアーによる圧着力は約３０００ｍｍ水柱が上限であり、またエアーによる圧着点が一点であるため商品価値のあるシート又はフイルムの生産速度は約２０ｍ／分が限界である。従って、シート又はフイルムの外観特性をそれほど必要としない厚さが０．２〜０．５ｍｍ程度の薄物シート又はフイルムの生産にこのエアーナイフ法は主に利用されているが、厚みが約０．７ｍｍ以上の厚物シートの生産には適さない。
ポリシングローラ法は、膜状の溶融樹脂を一対の金属ローラで挟圧してシートを生産する方式であるが、一対のローラの接点でシートの厚みと表面性の賦形を同時に完了させるため引取速度が約４ｍ／分以下と低い場合は表面平滑性の優れたシートが得られるが、引取速度が約６ｍ／分以上になるとシートの賦形が追随できなくなり、商品価値のあるシートが得られなくなる。
また厚みが約０．４ｍｍ以下の薄物シートを生産するシートに波打状のウェーブが発生するため商品価値のあるシートの生産が出来なくなる。
水冷法も多くの提案がなされているが、一例として特開平４−１５８０２２号公報があるが、この公報に記載された製造方法は膜状の結晶性熱可塑性溶融樹脂を水で冷却固化した後、加熱ローラで再加熱して一対の金属ベルト間で挟圧して外観特性を改良すると共に生産速度を改善させる方法であるが、この方法は透明性の優れたシートが得られ易い反面、溶融樹脂を水で冷却する際に水の波打ちによってシートに横方向の筋模様が発生し外観特性を著しく損ね、この模様は引取速度が速くなる程発生し易くなる。
本発明の目的は従来技術が持つ上記の問題点を解決し、シートまたはフイルムの厚みに関係なく光沢，表面平滑性などの外観特性の優れた結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムを高速で製造できる方法及びその装置を市場に提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本件発明はＴダイから溶融状態で押出された膜状の結晶性熱可塑性樹脂のみをキャストドラムと少なくとも金属無端ベルトで挾圧しながら冷却してシート状とし、前記キャストドラムと金属無端ベルトとで圧接される全区間において、前記金属無端ベルトとキャストドラムとで圧接加工中に前記結晶性熱可塑性樹脂の圧縮応力により前記金属無端ベルトは前記キャストドラムの半径方向に変位されながら前記膜状の結晶性熱可塑性樹脂を搬送し、この一次冷却されたシートの温度を使用した結晶性熱可塑性の熱変形温度から軟化温度の温度範囲に制御し、このシートを直に冷却用水槽に導いて二次冷却し完全に冷却固化した後、シート表面に付着した冷却液を除去し、次いでこのシートを使用した結晶性熱可塑性樹脂の熱変形温度−４０℃から熱変形温度＋１５℃温度範囲で加熱処理することを特徴とする結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムの製造方法とする。
【０００５】
本件発明に使用される結晶性熱可塑性樹脂の一種であるポリプロピレン樹脂としては、結晶性のプロピレン単独重合体またはプロピレンにプロピレン以外のコモノマー、例えばエチレンやブテンなどが一種以上共重合した結晶性のコポリマー、及びこれらの混合物を使用する。これらのポリプロピレン樹脂には、酸化防止剤，滑剤，帯電防止剤，スリップ剤，アンチブロッキング剤，紫外線吸収剤，造核剤，透明改良剤，有機過酸化物，顔料，タルクや炭酸カルシュウムなどの無機系充填材，木粉や合成繊維などの有機系充填材，ポリエチレンやエチレンプロピレンゴムなどの他樹脂やゴムを必要に応じ適宣添加して使用することもある。
【０００６】
【実施例】
次に、請求項１記載の方法発明を実施する代表的な装置を次に説明する。
図１において、１はＴダイであり、このＴダイ１の押出ノズル下流側には、このノズルから押し出される結晶性熱可塑性合成樹脂の一種である溶融ポリプロピレン樹脂２をその間隙間に受け入れるキャストドラム３とこのキャストドラム３上方に位置する第１の金属ローラ１５が対として配置してあり、前記のキャストドラム３と第１の金属ローラ５の接近点からキャストドラム３の回転方向において、下流側でこのキャストドラム３の周面と対接する第２の金属ローラ６が配置してあり、これら二本の金属ローラ５、６と第３の金属ローラ７間に巻回掛合され、第１、第２の金属ローラ５、６間の区域においては、前記キャストドラム３の周面に沿い走行する無端の金属ベルト４が配置してあり、このキャストドラム３と第２の金属ローラ６間を下流位置に接近して溶融ポリプロピレン樹脂シート又はフイルム９が浸漬する冷却用水槽１０が配置されていると共に、この冷却用水槽１０内で冷却されたシート又はフイルム１１を水切りする水切り手段が設けてあると共に、この水切り手段の下流側にシート矯正加熱手段が配置されている。
前記キャストドラム３に金属無端ベルト４を挟圧させるための前記第１の金属ローラ５の表面は、耐熱性のシリコンゴム又は弾性を有するエラストマーで被覆してある。この被覆厚みは５〜１５ｍｍ、使用するエラストマーのゴム硬度は５５〜８５度が適当である。
前記キャストドラム３は、加熱油などでその内部から加温される構造としてあり、その表面粗さは０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下とする。
前記金属無端ベルト４は、ＳＵＳ、炭素鋼乃至チタン合金の一種からなり、耐腐蝕性などの点よりＳＵＳが好ましい。
【０００７】
また前記溶融樹脂に接する面の金属無端ベルト４の表面粗度は表面平滑性を重視したシートの製造を目的とした場合は、０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下のものが好適であり、この金属無端ベルト４は金属延薄板を溶接によってベルトにして使用されるため溶接繋ぎ部の凹凸がシートに影響しないようにする必要がある。金属無端ベルト４の厚みが薄い場合は繋ぎ部に凹凸が発生し易く、厚い場合は金属無端ベルト４のフレキシビリティがなくなり使用に支障をきたすので金属無端ベルト４の厚みは０．５〜１．２ｍｍ程度が適当である。
更に、前記水切り手段は、例えば一対のピンチローラ１２と、これより下流に設けたエアーブロー装置１３からなり、また前記シート矯正加熱処理手段は、例えば加熱オーブン乃至加温された複数の金属ローラ１５、１６、１７、１８からなる。
【０００８】
次に前記装置の作用を請求項１記載の製造方法の代表的な実施例と共に説明する。
まず、前記Ｔダイ１から溶融状態で押出された膜状のポリプロピレン樹脂２を、前記キャストドラム３と第１、第２の金属ローラ５、６及び前記金属無端ベルト４によってキャストドラム３と金属無端ベルト４で形成された円弧状挟圧部８に導く。即ち、前記Ｔダイ１から溶融状態で押出された膜状のポリプロピレン樹脂２のみをキャストドラム３と第１、第２の金属ローラ５、６及び前記金属無端ベルト４によって挾圧しながら冷却してシート状とし、前記キャストドラム３と金属無端ベルト４とで圧接される全区間である前記円弧状挟圧部８において、前記金属無端ベルト４とキャストドラム３とで圧接加工中に前記ポリプロピレン樹脂の圧縮応力により前記金属無端ベルト４は前記キャストドラム３の半径方向に変位されながら前記膜状のポリプロピレン樹脂２を搬送する。
【０００９】
この際、前記キャストドラム３と前記金属無端ベルト４で形成される前記挟圧部８の隙間はキャストドラム３の上下変位などによって機械的に調節できるようになっている（図示せず）。製品シート又はフイルム９の厚みはこの挟圧部８の隙間寸法の設定で最終的に設定される。
なお、金属無端ベルト４は加熱油などで内部から加熱された第１、第３の金属ローラ５と７とによって、またキャストドラム３も同様に内部から加熱され、好適には５０〜１５０℃としてある。
【００１０】
次いで前記円弧状挟圧部８より送り出された一次冷却シート９の温度は、ポリプロピレン樹脂の熱変形温度から軟化温度（試験法はＪＩＳ Ｋ−６７５８，荷重１ｋｇｆで設定、以下同じ）の温度範囲に制御される。この熱変形温度未満の温度だと透明性や光沢性の優れたシートが得られなくなり、軟化温度を越える温度だとシートが軟らか過ぎてキャストドラム３や金属無端ベルト４からの剥離性が低下し、シート表面に微小な傷が多発したり、冷却用水槽１０に導入する工程でシートに皺が発生して良好なシートができなくなるおそれがある。
前記冷却用水槽１０内において、この一次冷却シート９は二次冷却され、完全に冷却固化される。この水槽１０中での温度は０〜２５℃程度が適当である。この水槽１０で完全に冷却固化された二次冷却シート１１は、シートに付着した冷却液を前記ピンチローラ１２とエアーブロー装置１３からなる水切手段で水切りした後、シート矯正加熱手段へ導かれる。
このシート矯正加熱手段に導かれたシート１４にはカールが発生していたり、ポリプロピレン樹脂の結晶化が充分に進んでいないため、剛性が低かったりするので加熱オーブン（図示せず）や加熱油などで内部から加熱された金属ローラ１５〜１８で加熱処理する。この加熱処理温度は使用ポリプロピレン樹脂の熱変形温度−４０（好ましくは−３０）℃から熱変形温度＋１５（好ましくは５）℃の温度範囲である。熱変形温度−４０℃未満の温度ではカールの修正や剛性の改善効果が小さく、熱変形温度＋１５℃を越える温度だとシートが軟化状態になるためシート皺が発生したり、透明性や光沢性などの外観特性を損ねるようになる。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に記載された本件発明の製造方法により、光沢性，表面平滑性などの外観特性に優れた熱可塑性樹脂シート又はフイルムを得ることができる。更に、製品シート又はフイルムの厚みを薄い物から厚い物まで高品質で製造でき、更に生産速度を従来工法の数倍に高速化できる。
したがって、本発明の製造方法によって得られるシート又はフィルムは、食品包装、医薬品包装などの包装用、文具用、化粧品や家庭用品などのパッケージ用ケース、工業用素材などに好適である。
【００１２】
前記金属無端ベルトとキャストドラムとで圧接加工中に前記結晶性熱可塑性樹脂の圧縮応力により前記金属無端ベルトは前記キャストドラムの半径方向に変位されながら前記膜状の結晶性熱可塑性樹脂を搬送することにより、前記シート又はフイルムの厚みの変動を充分に吸収し、その厚み精度を高めることができ、殊に表面平滑に支障がなく、かつ光学的特性に優れ結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムを製造できる。
第１の金属ローラ周面の耐熱性ゴム又は弾性を有するエラストマーにより、前記シート又はフイルムの厚みの変動を充分に吸収し、その厚み精度を高めることができ、殊に表面平滑に支障がなく、かつ光学的特性に優れ結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムを製造できる。
【００１３】
実験例
実験例１〜４、比較例１
図１に示す如き装置を用いて、ポリプロピレン樹脂シートを製造した。
この際、使用されたポリプロピリン樹脂は、密度が０．９０ｇ／ｍ３、メルトフローレートが１．８ｇ／１０分，熱変形温度が９０℃，軟化温度が１３０℃のチッソポリプロＸＦ１８９３（チッソ株式会社製）を用いた。この樹脂を樹脂温度２４０℃でＴダイ押出装置（押出機のシリンダー直径１００ｍｍ，Ｌ／Ｄ＝３６，ダイ幅５５０ｍｍ，ダイリップ間隔１．２ｍｍ）を用いて押出した。
押し出された溶融樹脂を図１に示す装置に通して、厚さ０．３ｍｍのポリプロピレン樹脂シートを得た。
【００１４】
なお、シートの製造条件は以下の通りである。
金属ベルト ＳＵＳ製でそのキャストドラム
キャストドラム
幅を６５０ｍｍ、表面粗度を０．３μｍ、温度を９０℃に設定
第１の金属ロール
表面にゴム硬度６５度のシリコーンゴムを厚さ１０ｍｍ被膜
円弧状挟圧部の長さ
６０ｃｍの円弧状挟圧部の間隔 ０．３ｍｍ
シート引取り速度
キャストドラムと金属ベルトを同速の１０ｍ／分に設定
一次冷却シートの温度 １１０℃
冷却用水槽 その長さを４ｍとし、その冷却水温度を１０℃に設定
エアブロ装置
吹付加熱空気の温度を８０℃に設定
シート矯正加熱手段である金属ロール群
最上流側のもの ６０℃
最下流側のもの ５０℃
その中間のもの １００℃
これらの金属ロール表面粗度 １．０μｍ
このようにして得られたポリプロピレン樹脂シートは、ヘイズ（透明性）３．４％、光沢度１１４％、表面平滑性に優れ、筋、皺、波打ちなどがないため光学的特性と外観特性に優れ、更にヤング率（剛性）９４と高い。
【００１５】
実験例２
実験例１と同一の製造条件で厚み０．５ｍｍのポリプロピレン樹脂シートを製造した。
このシートも実験例１と同様の諸特性、即ち、ヘイズ（透明性）４．０％、光沢度１２４％、表面平滑性に優れ、筋、皺、波打ちなどがないため光学的特性と外観特性に優れ、更にヤング率（剛性）９０と高い優れたものであった。
【００１６】
実験例３
実験例１と同一の製造条件で厚み１．０ｍｍのポリプロピレン樹脂シートを製造した。
このシートも実験例１と同様の諸特性に、即ち、ヘイズ（透明性）９．５％、光沢度１２７％、表面平滑性に優れ、筋、皺、波打ちなどがないため光学的特性と外観特性に優れ、更にヤング率（剛性）８８と高い優れたものであった。
【００２０】
比較例１
実験例１と異なり、シート矯正加熱手段の加温された金属ロールのうち、最下流及び最上流の金属ロールの温度は同じとし、その中間の金属ロールの加熱温度を１３０度に設定した場合には、厚さ０．３ｍｍのポリプロピレン樹脂シートのヘイズ（％）は本件実験例のものに対して劣り、かつ表面平滑性は不良で、しわがシート表面に発生していた。
なお、前記実験例、比較例に用いられる特性値は以下の試験法によって測定された。
熱変形温度 ：ＪＩＳ Ｋ−７２０７（荷重４．６ｋｇｆ／ｃ）
軟化温度 ：ＪＩＳ Ｋ−６７５８（ビカット軟化温度、荷重１．０ｋｇｆ）
メルトフローレート：ＪＩＳ Ｋ−６７５８（２３０℃、荷重２．１６ｋｇｆ）
密度 ：ＪＩＳ Ｋ−６７５８
ヘイズ ：ＡＳＴＭ Ｄ−１００３
光沢度 ：ＡＳＴＭ Ｄ−５２３
ヤング率 ：ＡＳＴＭ Ｄ−８８２
表面平滑性 ：目視観察
筋、皺、波打 ：目視観察
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する装置の１態様を示す説明図である。
【符号の説明】
１ Ｔダイ
２ 膜状ポリプロピレン樹脂
３ キャストドラム
４ 金属ベルト
５ 第１の金属ロール
６、７ 第２、第３の金属ロール
８ 円弧状挟圧部
９ 一次冷却シート
１０ 冷却用水槽
１１ 二次冷却シート
１２ ピンチロール
１３ エアーブロー装置
１４ 水切済みシート
１５、１６、１７、１８ 金属ロール
１７ 製品シート

Claims (1)

  1. Ｔダイから溶融状態で押出された膜状の結晶性熱可塑性樹脂のみをキャストドラムと少なくとも金属無端ベルトで挾圧しながら冷却してシート状とし、前記キャストドラムと金属無端ベルトとで圧接される全区間において、前記金属無端ベルトとキャストドラムとで圧接加工中に前記結晶性熱可塑性樹脂の圧縮応力により前記金属無端ベルトは前記キャストドラムの半径方向に変位されながら前記膜状の結晶性熱可塑性樹脂を搬送し、この一次冷却されたシートの温度を使用した結晶性熱可塑性の熱変形温度から軟化温度の温度範囲に制御し、このシートを直に冷却用水槽に導いて二次冷却し完全に冷却固化した後、シート表面に付着した冷却液を除去し、次いでこのシートを使用した結晶性熱可塑性樹脂の熱変形温度−４０℃から熱変形温度＋１５℃温度範囲で加熱処理することを特徴とする結晶性熱可塑性樹脂シート又はフイルムの製造方法。
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